CC BY
72
2006
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА Серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники.
Безопасность полётов
№ 99
УДК 625.717.02.032.32
ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ И ОБОСНОВАНИЯ РАСШИРЕННЫХ НОРМАТИВОВ РОВНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ИСКУССТВЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ ВПП АЭРОПОРТОВ ГА
А. В. АЛАКОЗ, В.П. ФИЛИППОВ Статья представлена доктором технических наук, профессором Чинючиным Ю.М.
Предложен подход к нормированию неровностей искусственных аэродромных покрытий, учитывающий воздействие этих неровностей на уровень максимальной нагруженности конструкции самолетов ГА. Приведены результаты работы, в которой указанный подход был использован в целях разработки расширенных нормативов ровности новых и капитально отремонтированных ИВИН с учетом особенностей среднего магистрального самолета.
В работе [1] приведены основные материалы проведенных ранее исследований с целью отработки принятых в настоящее время и используемых в процессе сертификации новых и капитально отремонтированных ИВИН аэропортов ГА нормативов ровности поверхности покрытий этих полос. Подобные нормативы создавались с учетом комплексного воздействия на самолеты соответствующих неровностей. При этом во внимание принимались прежде всего такие характеристики подобного воздействия, как темп расходования ресурса конструкции и уровень комфорта экипажа. Рассмотрение влияния неровностей на темп расходования ресурса самолета, очевидно, обуславливает необходимость оценки величины предельно допустимой в эксплуатации усталостной повреждаемости. Предпринятые попытки каким-либо образом обосновать подходы к установлению подобной предельной повреждаемости всякий раз наталкивались на то очевидное обстоятельство, что в разумных пределах, какова бы ни была усталостная повреждаемость конструкции самолета за один взлет (посадку, руление) по аэродромному покрытию, она сама по себе не является препятствием к тому, чтобы подобный единичный взлет (пробег, руление) был выполнен без ущерба для безопасности полетов. В то же время ясно, что разбег (пробег, руление) с аэродромного покрытия не может быть осуществлен с точки зрения обеспечения безопасности полетов лишь в том случае, когда в процессе такого разбега возможно действие на конструкцию самолета нагрузок, превышающих максимально допустимые в эксплуатации. В свете изложенного более обоснованным оказывается требование нормирования характеристик ровности аэродромных покрытий прежде всего исходя из критерия недопущения воздействия на планер указанных выше предельных эксплуатационных нагрузок (в том числе и вибрационных).
Последний из указанных подходов был использован при разработке с учетом особенностей среднего магистрального самолета (СМС), расширенных по сравнению с принятыми нормативов ровности эксплуатирующихся ИВПП.
В процессе проведения соответствующих исследований в качестве исходной информации были использованы материалы проведенных ранее летных испытаний СМС на пяти аэродромах ГА, контрастно отличающихся друг от друга по уровню неровностей. В общей сложности было выполнено 60 пробежек по ИВПП этих аэродромов с варьированием скорости V [км/ч], центровки Хт [% САХ] и массы G [т] самолета. Варьирование указанных параметров осуществлялось с учетом плана эксперимента, задаваемого центральным композиционным рототабельным планированием второго порядка [2] для числа независимых факторов п = 5 (О, V, Хт , С, к, где к и С [м3-к] - соответственно показатель степени и коэффициент зависимости спектральной плотности неровностей аэродромного покрытия 8 [м3] от их пространственной частоты Б [1/м] 8 = С / Бк). При этом традиционно параметры С и к рассматривались как обобщенные характеристики уровня неровностей данного аэродромного покрытия. Диапазон варьирования каждого из факторов О, V, Хт выбирался по возможности соответствующим имеющему место в реальной эксплуатации машин данного типа, а именно О - от 70 до 98 т, V - от 90 до 200 км/ч, Хт - от 22 до 28 % САХ.
В процессе летных испытаний на самолете регистрировалось 39 параметров, характеризующих на-груженность его конструкции, т.е. в том числе и уровень максимальных силовых факторов, воздействующих на машину. Кроме того, фиксировались 5 параметров движения самолета (скорость, углы крена, тангажа и т.п.).
В результате обработки полученной информации как наиболее сказывающиеся на статической прочности конструкции самолета при наземных режимах эксплуатации для дальнейшего анализа были выбраны 14 из 39 упомянутых выше параметров, а именно MIZ28LEV, М1228РЯ, М12215РК,
М12225РЯ, МРЯОО, ОТ, РОО, РХРИ, MZF30, MZF49, MZF60, РХШ8, РУРИ, Ш38И (расшифровка этих обозначений дана в таблице).
Таблица
Перечень параметров нагружения, регистрировавшихся в процессе летно-прочностных испытаний СМС
№№ п/п Наименование параметра нагружения Обозна- чение
1 Изгибающий момент, действующий в сечении по 8-ой нервюре левой консоли крыла (измеряется в точке, расположенной на 2-ом лонжероне) МК28ЬБУ
2 Изгибающий момент, действующий в сечении по 8-ой нервюре правой консоли крыла (измеряется в точке, расположенной на 2-ом лонжероне) МК28РЯ
3 Изгибающий момент, действующий в сечении по 15-ой нервюре правой консоли крыла (измеряется в точке, расположенной на 2-ом лонжероне) МК215РЯ
4 Изгибающий момент, действующий в сечении по 25-ой нервюре правой консоли крыла (измеряется в точке, расположенной на 2-ом лонжероне) МК225РЯ
5 Изгибающий момент, действующий в сечении по 30-му шпангоуту фюзеляжа М2Б30
6 Изгибающий момент, действующий в сечении по 49-му шпангоуту фюзеляжа М2Б49
7 Изгибающий момент, действующий в сечении по 60-му шпангоуту фюзеляжа М2Б60
8 Изгибающий момент на стабилизаторе мряоо
9 Перегрузка в центре масс самолета от
10 Нагрузка на горизонтальное оперение роо
11 Лобовая нагрузка на правую основную стойку шасси РХРЯ
12 Лобовая нагрузка на носовую стойку шасси РХШ8
13 Вертикальная нагрузка на правую основную стойку шасси РУРЯ
14 Усилие в 3-м подкосе крепления правого двигателя Ш38И
Аналогичным образом из 16 регистрировавшихся виброускорений как наиболее значимое, с точки зрения уровня комфорта экипажа, далее рассматривалось вертикальное ускорение а кресла пилота.
Для каждого из выбранных таким образом 16 параметров с использованием методов регрессионного анализа [3,4] выявлялись статистические зависимости максимальной величины данного параметра Ртах (а также зависимость максимальной величины виброускорения атах), имевшей место за один режим пробежки СМС, от характеризующих подобные пробежки и продольные неровности поверхности
соответствующей ИВПП факторов О, V, Хт , С и к. Подобные зависимости типа
Ртах = ф (О, V, Хт , С, к) (1)
благодаря применению указанных выше методов позволяют получить оценки Ртах (либо атах) с минимальными средними квадратическими отклонениями.
Оценка значимости всех полученных таким образом соотношений методами дисперсионного анализа [3] позволила сделать вывод о том, что все эти соотношения адекватно описывают исследуемые закономерности.
Методика [3,4] получения оценок коэффициентов регрессии, фигурирующих в какой-либо из зависимостей типа (1), обеспечивает практическую некоррелированность этих коэффициентов между
собой. Кроме того, по их соотношению можно судить о влиянии того или иного независимого фактора на рассматриваемую экстремальную нагруженность конструкции. Подобный анализ коэффициентов показывает, что в большинстве случаев преобладающее влияние на подобного рода нагруженность оказывают характеристики неровностей аэродромного покрытия С и к, при этом их возрастание закономерно ведет к увеличению Ртах.
Полученные зависимости типа (1) были использованы для проведения расчетов значений С, при которых для каждого из возможных в практической эксплуатации сочетаний факторов к, О, V, Хт не будет превышено соответствующее предельно допустимое при ее проведении значение параметра нагружения (либо виброускорения). Указанные предельно допустимые величины были приняты согласно результатам расчетов самолета на прочность. В то же время аналогичное допустимое значение для виброускорения в соответствии с [5] было взято равным 0,4 g, т.е. 3,92 м/с2. В процессе проведения расчетов выявилось, что все уравнения, составляющие их соответствующие совокупности, относящиеся к параметрам нагружения MIZ225PR и MZF60, не имеют действительных корней. Всесторонний анализ подобного факта позволил сделать вывод о том, что с точки зрения характера воздействия неровностей аэродромного покрытия на конструкцию движущегося по нему самолета, этот факт следует интерпретировать следующим образом: при всех возможных в эксплуатации сочетаниях характеристик О, V, Хт , С и к реальные значения этих двух рассматриваемых параметров нагружения не могут превысить соответствующие предельно допустимые в эксплуатации значения; это означает, что параметры MIZ225PR и MZF60 необходимо исключить из числа таковых, наиболее сказывающихся на статической прочности конструкции самолета при наземных режимах эксплуатации, т.е. из тех, которые принимаются во внимание при формировании констант расширенных нормативов ровности поверхности искусственных покрытий экслуатирующихся ВПП аэропортов ГА.
Для каждого показателя к из относящегося к данному из перечисленных выше параметров нагружения (кроме MIZ225PR и MZF60) общего массива значений С, найденных с помощью указанной выше зависимости типа (1), отбирались минимальные величины Ст1п, так как имелось в виду, что при других сочетаниях независимых характеристик перемещения СМС по аэродромным покрытиям подобные минимальные параметры уровня неровностей будут обуславливать нагруженность, заведомо меньшую, чем допустимая в эксплуатации. Полученные таким образом для каждого из рассмотренных в конечном счете 13 параметров нагружения и различных значений к минимальные оценки Ст1п [мм2 • м1-к] приведены в виде соответствующих зависимостей Ст1п = ^к) на рис. 1 и 2. Кроме того, на этих рисунках даны еще две аналогичные кривые, выявленные по результатам проведенных ранее исследований [1] воздействия неровностей аэродромных покрытий на темп расходования ресурса, вибрации и комфорт экипажа и пассажиров СМС. Первая из этих двух зависимостей соответствует введенному Поправкой № 16 к НГЭА (утверждена Авиарегистром МАК 01.06.94) критерию ровности И поверхности аэродромного покрытия, равному 5 (ровность хорошая), а вторая - критерию И = 2 (если критерий И, относящийся к какому-либо аэродромному покрытию, меньше 2, его ровность считается неудовлетворительной).
Очевидно, что в соответствие с изложенным выше в качестве отвечающего определенному значению к параметра СБОР расширенных нормативов ровности поверхности искусственных покрытий эксплуатирующихся ВПП аэропортов ГА следует принимать соответствующую этому к минимальную ординату фигурирующих на рис. 1 и 2 кривых, за исключением тех, которые относятся к указанным в предыдущем абзаце значениям И, равным 2 и 5. Как видно из этих рисунков, совокупность величин СБОР определяет на них граничную линию, которая при к вплоть до ~2,55 совпадает с соотношением Ст1п = ^к), полученным с использованием математической зависимости типа (1), относящейся к параметру нагружения MIZ215PR, а далее - с подобным соотношением, касающимся №У. Очевидно можно принять, что таким образом установленная граница должна соответствовать критерию И ровности ИВПП в продольном направлении, равному 1. Естественно, что на рис. 1 и 2 рассматриваемая граничная линия лежит несколько выше аналогичной кривой, нахождение на которой точки с координатами С и к, представляющими собой конкретные характеристики ровности данного аэродромного покрытия, означает, что соответствующий ему критерий И = 2.
Таким образом были в достаточно полной мере сформированы расширенные нормативы ровности поверхности искусственных покрытий эксплуатирующихся ВПП аэропортов ГА.
С, [мм2 м1-к ]
1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4
к
Рис. 1. Зависимости Ст1п =А(к), относящиеся к параметрам нагружения а, MIZ28LEV, MIZ28PR, MIZ215PR, MPRG0, КУ, РОО, а также нормативные кривые С = ^к), соответствующие критериям ровности И, равным 5, 2 и 1
С, [мм2 м1-к ]
к
Рис. 2. Зависимости Ст1п =А(к), относящиеся к параметрам нагружения MZF30, MZF49, РХРИ, РХКО8, РУРИ, и838и, а также нормативные кривые С = ^к), соответствующие критериям ровности И,
равным 5, 2 и 1
ЛИТЕРАТУРА
1. Аверина С.Ю., Алакоз А.В., Виноградов А.П. и др. Особенности разработки и обоснования единых нормативов ровности поверхности искусственных покрытий эксплуатирующихся ВПП. ГосНИИ ГА, 1994, вып. 306.
2. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов.- М.: Наука, 1965.
3. Пугачев В. С. Теория вероятностей и математическая статистика.- М.: Наука, 1979.
4. Филиппов В.П. Разработка и оптимизация статистической модели регистрации перегрузки при приземлении самолета Л-410УВП бортовым самописцем. Труды ГосНИИ ГА, 1985, вып. 233.
5. Morris G.J., Hall A.W. Recent studies of runway roughness.- NASA SP-83, May 1965, p.p. 1-7.
PARTICULARITIES OF THE DEVELOPMENT AND MOTIVATIONS EXTENDED STANDART TO EVENNESSES TO SURFACES ARTIFICIAL COVERING EXPLOITABLE VPP AEROPORT CA.
Alakoz A.V., Philippov V.P.
The method of creation of acceptable enlarge norms for the runway roughness characteristics is described. This method takes into account the influence of runway roughness characteristics to transport plane extreme loads. The results of application of this method are given. Norms, created with such manner, must be used for as new runways, where the average and heavy weight transport planes are basing, as for such runways after the hard overhaul.
Сведения об авторах
Алакоз Анатолий Владимирович, 1940 г.р., окончил МИФИ (1964), кандидат физико-математических наук, доцент, заместитель начальника отдела прочности Авиационного сертификационного центра ГосНИИ ГА, автор более 90 научных работ, область научных интересов - динамическое нагружение самолетов при наземном движении, внешние условия эксплуатации самолетов, мониторинг нагруженности самолетов в процессе реальной эксплуатации, методология доказательства соответствия прочности самолета Авиационным правилам.
Филиппов Валентин Павлович, 1950 г.р., окончил МАТИ (1972), кандидат технических наук, доцент, начальник отдела прочности Авиационного сертификационного центра ГосНИИ ГА, автор 34 научных работ, область научных интересов - нагруженность, прочность конструкций самолетов и ее поддержание в условиях эксплуатации.
