Метод уточнения характеристик живучести силовых элементов планера длительно эксплуатируемых воздушных судов
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФедеральноЕ государственноЕ унитарноЕ предприятиЕ «Государственный научно-Исследовательский институт
гражданской авиации»
На правах рукописи
УДК 629.7.02:519.2
Семин АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ
МЕТОД УТОЧНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЖИВУЧЕСТИ СИЛОВЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАНЕРА ДЛИТЕЛЬНО ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ
ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
Специальность 05.22.14.- «Эксплуатация воздушного транспорта»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва 2011
Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации (ГосНИИ ГА)
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор
В.В. НИКОНОВ
Официальные оппоненты - доктор технических наук
Г.Е.МАСЛЕННИКОВА
- доктор технических наук,
Г.Н. ГИПИЧ
Ведущая организация - ОАО “Туполев”
Защита состоится « 27 » декабря 2011г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 315.002.01 в Федеральном государственном унитарном предприятии Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации (ГосНИИ ГА) по адресу: 125438, г. Москва, ул.Михалковская, д.67/1
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГосНИИ ГА.
Отзывы, заверенные гербовой печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу.
Автореферат разослан «___» 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета Д 315.002.01 к.т.н. А.Е. Байков
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Расчетные условия оценок ресурсных характеристик силовых элементов воздушных судов (ВС), применяемые в отечественной и зарубежной практиках, приводятся в нормативных документах АП 25, FAR 25, CS 25, нормах ICAO и др. Методы расчетов ресурсных характеристик авиаконструкций, применяемые в зарубежных самолетостроительных фирмах, достаточно схожи с отечественными (наиболее существенные отличия можно отметить в значениях коэффициентов надежности). Значительный вклад в области обеспечения безопасности эксплуатации по условиям прочности внесли ученые ЦАГИ, ГосНИИ ГА, руководители и ведущие специалисты ОКБ: А.Ф.Селихов, В.Л.Райхер, Ю.А.Стучалкин, В.Г.Лейбов, А.З.Воробьев, Г.И.Нестеренко, М.С.Громов, В.С.Шапкин, Фролков А.И., Далецкий С.В., Антонюк В.А., Сиротин Н.Н., Ю.М.Фейгенбаум, Шенгардт.А.С., В.И.Абрамов, Е.Я.Виноградов, В.Е.Стрижиус, В.Х.Сахин, В.В.Левицкий и другие.
В настоящее время осуществляется перевод авиатехники на эксплуатацию без плановых капитальных ремонтов (эксплуатацию по состоянию). При этом, в системе обеспечения безопасности эксплуатации ВС по условиям прочности при длительной эксплуатации, принципиальное значение приобретают вопросы контроля текущего ресурсного состояния силовой конструкции планера, как каждого экземпляра, так и парка в целом.
Основой такого контроля являются работы по периодическому уточнению характеристик живучести основных силовых элементов планера самолета в процессе эксплуатации. Таким образом выбор темы работы в настоящих условиях является актуальной задачей.
Уточнение характеристик живучести может быть проведено по следующим основным направлениям:
- разработка расчетных методов оценок усталостной долговечности и длительности роста трещин, наиболее полно учитывающих спектр эксплуатационных факторов;
- экспериментальные исследования на усталость и циклическую трещиностойкость при нагрузках, имитирующих эксплуатационные;
- обобщение, анализ и сведение в базу данных информации об эксплуатационных повреждениях силовых конструкций и действующих нагрузках.
Учитывая актуальность вышеперечисленных проблем, в качестве объекта исследований автором рассматривался собственно планер магистрального пассажирского самолета (на примере планера ТУ-154), а в качестве предмета исследования - его (планера) характеристики живучести.
Цель работы - обеспечение летной годности длительно эксплуатируемых самолетов, путем уточнения характеристик живучести.
Для достижения этой цели в диссертационной работе поставлены и решаются следующие задачи:
- создание информационной базы, обеспечивающей периодический контроль за техническим состояние самолета;
- систематизация данных об эксплуатационных повреждениях планера ЛА с большим налетом;
- определение переченя критических с точки зрения усталости и коррозионной стойкости зон и элементов конструкции;
- разработка схемы коррозионных повреждений элементов конструкции;
- проведение лабораторных экспериментальные исследования усталостной долговечности и циклической трещиностойкости образцов при нагружениях, имитирующих условия эксплуатации;
- разработка методики расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, наиболее полно учитывающую основные эксплуатационные факторы, а также соотношение для оценок коэффициентов надежности по периодичности контроля трещиноопасных элементов;
- разработка процедуры поддержания летной годности самолетов, эксплуатирующихся с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы;
- разработка методики прогнозирования коррозионного состояния проектируемых самолетов на основании накопленного опыта эксплуатации самолета Ту-154М.
Методологической основой исследований являлись нормативные документы и методики по оценкам ресурсов авиатехники, основные положения механики разрушения, сопротивления материалов, аэродинамики и динамики полетов, методы теории вероятностей и математической статистики. В качестве исходных материалов использовались результаты натурных и полунатурных стендовых ресурсных испытаний, проведенных в ОКБ и на предприятиях ГА; данные фотодокументирования состояния планера, полученные в НЦ ПЛВГС ГосНИИ ГА в процессе работ по сертификации и продлению ресурсов ВС; результаты лабораторных экспериментальных исследований на усталость и коррозионную стойкость, проводимых в ОНИЛ-15 МГТУ ГА и других организациях.
Достоверность и адекватность результатов исследований подтверждается опытом эксплуатации. Установленные зависимости и закономерности теоретически объяснимы и сопоставимы с эксплуатационными и экспериментальными данными.
Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в разработке:
- метода уточнения характеристик живучести длительно эксплуатируемых воздушных судов;
- методики расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, учитывающая случайный характер эксплуатационных нагрузок и наличие коррозионных повреждений, а также соотношение для оценок коэффициентов запасов по периодичности контроля трещиноопасных элементов, которые позволяют получить уточненные оценки остаточного ресурса и периодичность их контроля;
- методики прогнозирования коррозионного состояния проектируемых самолетов, которая позволяет осуществлять превентивные мероприятия по поддержанию летной годности вводимых в эксплуатацию воздушных судов;
- процедуры поддержания летной годности самолетов, эксплуатирующихся с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы и ее практическая реализация на самолетах Ту-154М.
Автор выносит на защиту:
- метод уточнения характеристик живучести длительно эксплуатируемых воздушных судов;
- методику расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, учитывающая случайный характер эксплуатационных нагрузок и наличие коррозионных повреждений, а также соотношение для оценок коэффициентов запасов по периодичности контроля трещиноопасных элементов, которые позволяют получить уточненные оценки остаточного ресурса и периодичность их контроля;
- методику прогнозирования коррозионного состояния проектируемых самолетов, которая позволяет осуществлять превентивные мероприятия по поддержанию летной годности вводимых в эксплуатацию воздушных судов;
- процедуру поддержания летной годности самолетов, эксплуатирующихся с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы и ее практическая реализация на самолетах Ту-154М.
- систематизированые данные об эксплуатационных повреждениях планера ЛА с большим налетом; перечень критических с точки зрения усталости и коррозионной стойкости зон и элементов конструкции; схемы коррозионных повреждений элементов конструкции как информационное обеспечение для научного обоснования выбора режимов ТО и Р длительно эксплуатируемых самолетов;
- результаты экспериментальных исследований усталостной долговечности и циклической трещиностойкости при нагружениях, имитирующих условия эксплуатации, для расчетно-экспериментальных оценок периодичности контроля силовых элементов длительно эксплуатируемых самолетов;
- методику расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, учитывающая случайный характер эксплуатационных нагрузок и наличие коррозионных повреждений, а также соотношение для оценок коэффициентов запасов по периодичности контроля трещиноопасных элементов, позволяющие получить уточненные оценки остаточного ресурса и периодичность их контроля.
Личный вклад автора Работы по переводу самолетов Ту-154М на эксплуатацию с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы выполнены при непосредственном участии автора (как руководителя группы поддержания летной годности самолетов семейства «Ту») совместно со специалистами ОАО “Туполев” при этом сформулированы требования и перечень к работам по ТО и Р, проанализированы и оценины эффективность эксплуатации.
Автором проведен системный статистический анализ эксплуатационных повреждений планера самолета Ту-154М для выявления потенциально опасных мест с точки зрения усталости и коррозионной стойкости силовых элементов для обеспечения превентивных мероприятий по поддержанию летной годности длительно эксплуатируемых самолетов, эксплуатируемых с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы.
Автором разработана методика расчетов длительности роста трещин усталости при наличии коррозионных повреждений и условиях воздействия нерегулярных нагрузок; получено соотношение для оценок коэффициентов надежности по периодичности контроля в зависимости от качества дефектации (вероятности обнаружения трещин при однократном осмотре), что в совокупности позволяет научно обоснованно устанавливать и корректировать в эксплуатации интервалы между осмотрами.
Практическое значение и экономическая эффективность работы обусловлена возможностью использования ее результатов для перевода авиатехники на эксплуатацию с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы от 10000 летных часов, 4000 полетов, 6 календарных лет до 30000 летных часов, 11000 полетов, 20 календарных лет.
Реализация результатов. Результаты диссертационной работы являются составной частью процедуры поэтапного расширения межремонтных ресурсов и сроков службы парка самолетов. По восьми авиакомпаниям при личном участии автора подготовлено 11 решений. В частности:
- Решение “Об условиях установления парку самолетов Ту-154М ОАО “Аэрофлот-РАЛ” межремонтного ресурса и срока службы (8000 летных часов, 10000 полетов, 15 календарных лет) в пределах назначенного ресурса 50000 летных часов, 20000 полетов, 30 календарных лет” (утв.09.01.2005г., рег.№ 5.9-19ГА);
- Решение Дополнение №3 к Решению Ространснадзора.№ 5.9-19ГА от 09.01.2005г. “Об условиях установления парку самолетов Ту-154М ОАО “Аэрофлот-РАЛ” межремонтного ресурса 30000 летных часов, 11000 полетов в пределах межремонтного срока службы 15 календарных лет и назначенного ресурса и срока службы 50000 летных часов, 20000 полетов и 30 календарных лет” (утв.12-21.04.2006г., рег.№ 5.9-152ГА);
- Решение “Об условиях установления парку самолетов Ту-154М ОАО “Авиакомпании “ЮТэйр” межремонтного (до 1-го ремонта) ресурса 25000 летных часов, 10000 полетов в пределах действующего межремонтного (до 1-го ремонта) срока службы 15 календарных лет, назначенного ресурса и срока службы 50000 летных часов, 20000 полетов и 30 календарных лет” (утв.31-12.2008г., рег.№ 8.9-688ГА).
Апробация работы. Основные материалы выполненных исследований и отдельные результаты работы докладывались на: Международной научно-технической конференции, посвященной 85-летию гражданской авиации. Россия 22-24 апреля 2008г. ”Гражданская авиация на современном этапе “; Of the trind World”s Congress “Aviation in The 21st-Kyiv, Ukraine; NOV, 2008; на международной научно-технической конференции, посвященной 80-тилетию гражданской авиации России 17-18 апреля 2003 г.- Москва; научно-технических семинарах и совещаниях в ГосНИИ ГА и самолетостроительных ОКБ.
Публикации. Научные и практические результаты диссертационной работы опубликованы в одной монографии и 20 печатной работе, в том числе 12 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Дальнейшее развитие работы связано с распространением полученных результатов на другие типы ВС и разработкой автоматизированных систем оценок текущего ресурсного состояния конструкции планера ЛА по критериям усталостной долговечности и коррозионной стойкости. Необходима проработка вопросов прогнозирования ресурсного состояния новых типов ВС на основе априорной информации длительно-эксплуатируемых ВС.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, трех приложений. Работа содержит 21 таблицу, 90 рисунков, список использованных источников из 160 наименований. Общий объем работы – 152 листа сквозной нумерации основного текста и 28 листов приложений.
Основное содержание диссертации
Во введении дается общая характеристика работы, обосновывается актуальность, научная новизна и практическая значимость. Формулируется цель научных исследований и намечаются пути решения.
В первой главе рассматривается состояние проблемы поддержания летной годности воздушных судов в контексте современных концепций проектирования и эксплуатации летательных аппаратов (ЛА) транспортной категории. Выделяются основные факторы, определяющие ресурсное состояние, как единичного экземпляра, так и парка в целом. Анализируются и систематизируются эксплуатационные повреждения элементов конструкции планера. Дается обоснование перевода авиатехники на эксплуатацию по состоянию. Приводятся основные соотношения, применяемые в практике отечественных самолетостроительных ОКБ при определении ресурсных характеристик и значения коэффициентов надежности. По результатам обзора формулируются цель и задачи.
В западных странах воздушные суда, срок службы которых превысил 14 лет, относятся к «стареющему» парку. Для этих ВС по каждому из типов начинают действовать созданные разработчиком и одобренные авиационными властями западных стран программы эксплуатации «стареющих» ВС (aging aircraft program). Их выполнение является обязательным для эксплуатанта. Целесообразность дальнейшей эксплуатации ВС определяется экономической компонентой деятельности авиакомпании.
Большинство аттестованных ВС, составляющих основу парка гражданской авиации России, имеют средний календарный срок службы более 15 лет. (ТУ-134 - 26лет, ТУ-154Б - 25лет, ТУ-154М - 14лет, ИЛ-62МУ - 19лет, ЯК-42 - 16лет). Если придерживаться традиционно используемой в отечественной практике стратегии поддержания летной годности ВС, базирующейся, в основном, на капитальных ремонтах и выполнении форм периодического технического обслуживания, то порядка 50 % ВС типа ТУ-134, ТУ-154 уже сейчас необходимо отправить на ремонтные заводы. Из-за ограниченности их (заводов) мощностей более 25% самолетов просто попадет в “простой”, что повлечет за собой деградацию системы авиаперевозок совместно со значительными экономическими потерями. Один из путей преодоления указанных тенденций заключается в совершенствовании системы поддержания летной годности ВС ГА посредством сочетания системы увеличения назначенных и межремонтных ресурсов (сроков службы) «стареющего» парка и системы сертификации экземпляра ВС с внедрением эксплуатации авиатехники по состоянию. Поэтому переход на эксплуатацию с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы не только экономически целесообразен, но и практически необходим.
Эксплуатация по состоянию ВС, в части касающейся планера, требует мониторинга его ресурсного состояния и, в частности, применения уточненных методов оценок остаточного ресурса силовых элементов, базирующихся на информации о текущих условиях эксплуатации. Это и предопределило цель и задачи диссертационной работы.
Во второй главе представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований, связанные с разработкой уточненных методов оценок длительности развития повреждений, для целей прогнозирования остаточного ресурса и установления периодичности контроля критических по усталости элементов и зон конструкции. Уточнение проводилось за счет более полного учета в расчетах условий эксплуатации с применением в испытаниях высокоточного оборудования.
Экспериментальные исследования проводились в ОНИЛ-15 МГТУ ГА на электрогидравлической установке с компьютерным управлением.
Эксплуатационное нагружение моделировалось путем многократного воспроизведения в испытаниях тензометрической записи напряжений левого полукрыла пассажирского самолета в зоне 38-й нервюры на этапе горизонтального полета в режиме "болтанка". Время записи в полете - 171 с, интервал дискретизации t = 0,016с. С целью форсирования испытаний реализация была отцентрирована, отнормирована и приведена к процессу с математическим ожиданием = 70 МПа и с.к.о. S = 30 МПа. Фрагмент записи, выведенный на двухкоординатный самописец, демонстрируется на рис.1. Форсированная запись имела следующие статистические характеристики: = 0,23, <> = 1,61 МПа, no = 1,62, nэ =5,26 (-коэффициент нерегулярности, <> - средний размах напряжений полных циклов, no, nэ - число положительных нулей и экстремумов, соответственно).
Рис.1. Фрагмент записи, выведенный на двухкоординатный самописец.
Результаты эксперимента, частично приведенные на рис.2, свидетельствуют о возможности имитации эксплуатационных нагрузок соответствующими блок- программами без существенной потери точности. Подтверждается полученный в работах С.Схайве, В.В. Никонова, В.С.Шапкина вывод о необходимости исключения экстремальных нагрузок (нагрузок, превышающих два стандартных отклонения от среднего значения) в лабораторных испытаниях по оценкам характеристик циклической трещиностойкости.
Рис.2. Результаты эксперимента.
В третьей главе обсуждаются результаты эксперимента и предлагаются теоретические модели, уточняющие расчеты характеристик живучести. Уточнение базируется на основе совместного учета основных эксплуатационных факторов: случайного характера эксплуатационного нагружения и наличия коррозионных повреждений.
Для уточненных расчетных оценок характеристик живучести предлагается использовать модифицированное дифференциальное уравнение Пэриса-Эрдогана. Учет нерегулярности нагружения и возможного наличия коррозионных повреждений проводится введением размаха эффективного коэффициента интенсивности напряжений (КИН), имеющего мультипликативную структуру
эфф=э()г(l,)к(h,F)[l/2]1/2,
где э() - функция, учитывающая случайный характер эксплуатационных нагрузок (определяется с учетом экспериментальных данных по методике В.В.Никонова, В.С.Шапкина); г(l,) - содержит поправки по конструктивным особенностям силового элемента (определяется по справочным материалам, либо рассчитывается численными методами; к(h,F) - учитывает наличие коррозионного повреждения глубиной h и площадью F в зоне возможного развития трещины (определяется по результатам испытаний лабораторных образцов с коррозионными повреждениями).
В результате анализа расчетов, сопоставления их с данными эксперимента, анализа структур блок-программ нагружения, имитирующих нагрузки, действующие на корневые части крыла основных типов транспортных самолетов, делается вывод о целесообразности использования в расчетах длительности роста трещин линейных моделей.
Важной составляющей процедуры уточнения характеристик живучести является выбор периодичности осмотров трещиноопасных элементов: = t*/ (t* - длительность роста трещины от максимально необнаруживаемого размера до критического, - коэффициент надежности, выбираемый по рекомендациям АП-25.571). Проблема расчетов по указанной формуле заключается в трудности оценок величины t* (периода живучести) в условиях реальной эксплуатации и учета вероятности пропуска дефекта при осмотрах.
Для качественных (а в некоторых случаях - количественных) оценок влияния коэффициента запаса (), периода живучести (t*), вероятности обнаружения трещины при однократном осмотре (Pобн) и усталости, характеризуемой функцией распределения времени t0 образования трещины усталости (Ft0(x)), предложено соотношение для расчетов показателей надежности силовых элементов по критерию прочности:
R(t)=1-Ft0(t-t*)[1-Pобн]int[], (1)
где R(t) - функция надежности (безотказности), [int[•]-целая часть числа.
Следствием соотношения (1) являются формулы для оценок дополнительных коэффициентов запаса, учитывающих качество дефектации:
=log(Pн)/log(1-Pобн),
=log(10-3Kн1000T)/log(1-Pобн), (2)
=log(нT)/log(1- Pобн),
где Pн, н, Kн1000 - нормативные значения вероятности отказа за ресурс T, интенсивности отказов и количества отказов на тысячу летных часов. Так при Pн=10-3 и Pобн = 0.95, 0.90, 0.5 коэффициент запаса 2,3 и 10, соответственно.
В четвертой главе проводится систематизация усталостных и коррозионных повреждений, как повреждений, в основном, определяющих остаточный ресурс планера и с наибольшей частотой повторяющихся в процессе эксплуатации. В итоге формируется общая картина повреждаемости планера, необходимая для мониторинга ресурсного состояния и уточнения характеристик живучести планера.
Для уточненных жарактеристик живучести планера необходимо располагать общей картиной о повреждаемости его элементов. Изменение начальных свойств и состояния элементов конструкции самолета является одной из причин потери им работоспособности. Оценка этого процесса может быть выполнена посредством анализа зон возникновения эксплуатационных повреждений и их параметров.
Анализ конструкции транспортного пассажирского самолета (рис.3) показал, что коррозии подвержен продольный силовой набор подпольной части конструкции фюзеляжа с обшивкой, а также поперечные балки пола, рельсы пола, шпангоуты.
 |
| Рис. 3 – Общая картина повреждаемости элементов конструкции фюзеляжа транспортного самолета коррозией, по результатам анализа периодических форм технического обслуживания |
Пассажирские самолеты типа Ту-154 уже при налете 6-8 тыс. часов имеют коррозионные поражения элементов конструкций. Наибольшему коррозионному поражению подвержены стрингеры и обшивка в подпольной средней части фюзеляжа. Особенно сильно коррозия сосредоточена в зонах буфета-кухни, заднего вестибюля (шпангоуты 28-38), а также в зоне расположения задних санузлов (шпангоуты 56-66). Серьезные повреждения возникают ниже уровня пола. Значительные коррозионные повреждения наблюдались в зонах вокруг и под туалетами, на местах раковин туалетов и отсеков аккумуляторных батарей.
Анализ коррозионного состояния самолетов Ту-154М с налетом более 7000 л.ч. авиакомпании «Аэрофлот-РАЛ» показал, что по своим параметрам преобладают коррозионные поражения 2-го уровня (коррозия превышает пределы допустимой, требуется замена детали на 1-ю категорию - устранение дефекта производится в соответствии с ремонтной и эксплуатационной документацией).
В результате обобщения опыта эксплуатации по состоянию ВС типа ТУ-154 и сравнительных оценок уровней безопасности полетов до и после перевода парка самолетов на эксплуатацию по состоянию формулируются общие требования к системе мониторинга конструкции самолета при его переводе на эксплуатацию по состоянию. Здесь же дается обоснование возможности прогнозирования коррозионного состояния самолета на стадии проектирования на основе опыта эксплуатации самолетов-прототипов.
За период с 2005г. по 2008г. при непосредственном участии автора и с использованием результатов настоящей диссертационной работы было принято одиннадцать Решений Ространснадзора по расширению межремонтных ресурсов и сроков службы в восьми авиакомпаниях: Аэрофлот-Рал, Алроса, Газпромавиа, Сибирь, Кавминводы, Когалымавиа, ЮТэйр, Якутия.
Проведенный в диссертационной работе анализ уровня безопасности полетов парка самолетов типа ТУ-154 “Аэрофлот-РАЛ” за период эксплуатации с 1994г. по 2007г. (рис.4) показывает, что после принятия Решения.№ 5.9-19ГА “Об условиях установления парку самолетов Ту-154М ОАО “Аэрофлот-РАЛ” межремонтного ресурса и срока службы…” число отказов уменьшилось при одновременном увеличении на 10% среднесуточного налета..
Рис. 4 Эффект перевода группы самолетов ТУ-154 авиакомпании Аэрофлот
на эксплуатацию с увеличенным межремонтным интервалом
Три приложения к диссертационной работе содержат ряд материалов, необходимых для практического использования теоретических положений.
Приложение 1 содержит дефекты конструкции, выявленные в процессе эксплуатации и ремонта.
Приложение 2 представляет перечень профилей и фитингов, необходимый для ремонта фюзеляжа самолета ТУ-154М, обусловленный коррозионными повреждениями.
Приложение 3 включает в себя схемы коррозионных повреждений элементов конструкции фюзеляжей самолетов ТУ-154М ОАО АК «АЭРОФЛОТ-РАЛ», прошедших «Ф-2» - форму периодического ТО в центре ТОиР ЗАО «АТБ ДОМОДЕДОВО» в 2005 году.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
1. На основе статистического анализа сроков службы парка отечественных самолетов и оценки “пропускной способности” авиаремонтных предприятий определено, что единственно возможным способом сохранения парка «стареющих» самолетов является его перевод на эксплуатацию с увеличеным межремонтным ресурсом и сроком службы.
2. При непосредственном участии автора совместно со специалистами ОАО “Туполев”, ГосНИИ ГА разработана и реализована на самолетах Ту-154М процедура эксплуатации ВС с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы. Увеличение среднесуточного налета более чем на 10% и снижение показателя К1000 свидетельствует о ее эффективности.
3. Разработан метод уточнения характеристик живучести длительно эксплуатируемых самолетов.
4. Систематизированы данные об эксплуатационных повреждениях планера ЛА с большим налетом; составлен перечень критических с точки зрения усталости и коррозионной стойкости зон и элементов конструкции; разработаны схемы коррозионных повреждений элементов конструкции как информационное обеспечение для научного обоснования выбора режимов ТО и Р при эксплуатации самолетов с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы;
5. Экспериментально получены результаты, позволяющие совместно с расчетными соотношениями производить оценку характеристик живучести силовых элементов авиаконструкций. В частности:
- построены кривые усталости образцов с коррозионными повреждениями;
- подтверждена возможность имитации эксплуатационных нагрузок блок-программами;
- установлено, что в оценках периода живучести возможно применение линейных моделей без существенной потери точности, при этом расчеты дают запас по живучести порядка 5…10%.
6. Разработана методика расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, учитывающая случайный характер эксплуатационных нагрузок и наличие коррозионных повреждений.
7. Получено соотношение для уточнения дополнительных коэффициентов надежности по периодичности осмотров. Коэффициенты безопасности на уровне 2…3 могут быть использованы при высоком качестве диагностирования (Pобн=0.95, 0.90). При Pобн=0.5 коэффициент надежности составляет порядка 10.
8. На основании опыта эксплуатации самолета Ту-154М разработана методика прогнозирования коррозионного состояния проектируемых самолетов, которая позволяет осуществлять превентивные мероприятия по поддержанию летной годности вводимых в эксплуатацию воздушных судов.
Список работ автора по теме диссертации
- В изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК для опубликования основных результатов диссертации:
- Бутушин С.В., Семин А.В. Фейгенбаум Ю.М. Оценка вероятности развития усталостного повреждения в элементах конструкции планера воздушного судна, имеющего производственные дефекты. //Научный вестник МГТУ ГА №163 -М: МГТУ ГА, 2011. – С. 103-109.
- Гришин А.Н., Диогенов С.В., Самойлов И.А., Семин А.В., Фейгенбаум Ю.М., Халенков М.А. Самолеты семейства Ту-204 на рынке авиационных перевозок. Основные проблемы и перспективы их эксплуатации. //Научный вестник МГТУ ГА №163 -М: МГТУ ГА, 2011. – С. 30-40.
1.3. Бутушин С.В., Семин А.В., Обработка и анализ данных условий эксплуатационной нагруженности самолетов Ту-154. //Научный вестник МГТУ ГА №153 -М: МГТУ ГА, 2010. – С. 24-28.
1.4. Бутушин С.В. Гришин А.Н., Семин А.В. Потенциал ресурса самолетов Ту-154. //Научный вестник МГТУ ГА №153 -М: МГТУ ГА, 2010. – С. 29-36.
- Бутушин С.В., Семин А.В. Целостность элементов конструкции планера при длительной эксплуатации воздушных судов. //Научный вестник МГТУ ГА №141-М: МГТУ ГА, 2009. – С. 30-37.
- Антонова М.В., Божевалов Д.Г., Котелевец Н.А., Семин А.В., Соколов Ю.С., Хлебникова И.Г., Шапкин В.С. Оперативный критерий оценки коррозионного состояния ВС. //Научный вестник МГТУ ГА №130 серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности.-М: МГТУ ГА, 2008. – С. 59-67.
- Шапкин В.С., Ицкович А.А., Семин А.В., Файнбург И.А. Анализ эффективности программы поддержания летной годности самолетов Ту-154М в центре ТОиР на основе прогрессивных технологий. //Научный вестник МГТУ ГА №130 серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности. - М: МГТУ ГА, 2008. – С. 192-200.
- Акопян К.Э., Лапаев А.В., Семин А.В. Анализ коррозионного состояния самолетов Ту-154М ОАО авиакомпании “Аэрофлот-РАЛ” по данным технического обслуживания в объеме формы “2”. //Научный вестник МГТУ ГА №119 серия Аэромеханика и прочность. - М: МГТУ ГА, 2007. – С. 24-29.
- Акопян К.Э., Бутушин С.В., Семин А.В. Анализ данных о коррозионном состоянии самолетов типа Ту-154, базирующихся в различных региональных управлениях. //Научный вестник МГТУ ГА №119 серия Аэромеханика и прочность. - М: МГТУ ГА, 2007. – С. 41-49.
- Васильев В.Ю., Галаган Г.Е., Семин А.В., Шапкин В.С. Исследование разрушения стыковочных болтов. //Научный вестник МГТУ ГА №119 серия Аэромеханика и прочность. - М: МГТУ ГА, 2007. – С. 50-56.
- Бутушин С.В., Диогенов С.В., Семин А.В., Шапкин В.С. Поддержание летной годности экземпляра ВС в условиях безремонтной эксплуатации самолетов Ту-154М ОАО АК “Аэрофлот-РАЛ”. //Научный вестник МГТУ ГА №119 серия Аэромеханика и прочность. - М: МГТУ ГА, 2007. – С. 102-108.
1.12.Бутушин С.В., Семин А.В., Шапкин В.С., Шупляков В.В. Экспериментальная оценка влияния длительности эксплуатации самолетов Ту-154Б,М на усталостную долговечность типового клепанного соединения “обшивка-стрингер” фюзеляжа. //Научный вестник МГТУ ГА №73(2) серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности.-М: МГТУ ГА, 2004. – С. 10-16.
2. В других изданиях:
2.1. Акопян К.Э., Бутушин С.В., Гришин А.Н., Лапаев А.В., Семин А.В., Шапкин В.С. Теория и практика оценки коррозионных повреждений элементов конструкции планера воздушных судов. – М.: НЦПЛГ ВС, 2010. – с. 288
2.2. Бутушин С.В., Семин А.В. Потенциал ресурса “длительно эксплуатируемых” пассажирских самолетов “Туполев” Сборник научных трудов ГосНИИ ГА. №311 –М: ГосНИИ ГА, 2010. – С. 163-167.
2.3.Шапкин В.С., Ицкович А.А., Семин А.В., Файнбург И.А. Оценка эффективности программ поддержания летной годности самолетов Ту-154М. Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященная 85-тилетию Гражданской авиации России 22-23 апреля 2008 г. – Москва, МГТУ ГА, 2008. С.-20.
2.4.Семин А.В. Статистика и анализ причин возникновения эксплуатационных повреждений самолета ТУ-154Б. Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященная 85-тилетию Гражданской авиации России 22-23 апреля 2008 г. – Москва, МГТУ ГА, 2008. С.-39.
2.5.Никонов В.В., Семин А.В. Расчетно-экспериментальные исследования циклической трещиностойкости при эксплуатационном нагружении в виде тензометрической записи. Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященная 85-тилетию Гражданской авиации России 22-23 апреля 2008 г. – Москва, МГТУ ГА, 2008. С.-38.
2.5. Itskovich A.A., Faynburg I.A., Shapkin V.S., Gromov M.S., Semin A.V., Grishin A.N. Application of Effective Programmes of Maintaining Tu-154M Aircraft Airworthiness in the Aircraft Maintainance Centers//Of the trind World’s Congress “Aviation in the 21st-Kyiv”, Ukraine: NAV, 2008. Volume 1-S II.14 – II.21/
2.6. Бутушин С.В., Денисов С.Б., Семин А.В. Мониторинг технического состояния парка самолетов Ту-154Б,М по данным показателей эксплуатационных повреждений. Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященной 80-тилетию гражданской авиации России 17-18 апреля 2003 г.- Москва: МГТУ ГА, 2003. С.-63.
2.7.Cемин А.В., Филиппов В.П., Якобсон И.В. Исследование взаимозависимостей параметров типового полета методом статистического моделирования.//Сборник научных трудов ГосНИИ ГА №.271.-М.: ГосНИИ ГА, 1988. – C. 35-41.
2.8.Караев К.А., Семин А.В., Волков А.А., Фейгенбаум Ю.М. Исследование влияния работы АБСУ на нагруженность оперения самолетов типа Ту-154..//Сборник научных трудов ГосНИИ ГА №.297.-М.: ГосНИИ ГА, 1991. – C. 27-36.
2.9.Баранов А.А., Семин А.В. Некоторые подходы к проведению предварительного статистического анализа параметров полета. //Сборник научных трудов ГосНИИ ГА №.297.-М.: ГосНИИ ГА, 1991. – C. 37-41.
Соискатель _______________________Семин А.В.
