Как самолёты испытываются на прочность
Создание любого самолёта - процесс длительный и сложный, результат совместных усилий огромного коллектива, множества подразделений и отделов. Авиационный комплекс Ильюшина, на ряду с опытно-конструкторским бюро, включает в себя и большое число структурных лабораторий, необходимых для проведения полноценных испытаний, в том числе и очень важных для будущего самолёта - испытаний на прочность конструкции.
В ходе статических и ресурсных испытаний натурных образцов опытных изделий расчетные выводы подтверждаются экспериментально. Испытания подтверждают правильность проектирования конструкции под заданные нагрузки, а вопрос о правильности определения нагрузок решается с помощью летных прочностных испытаний, которые проводят уже специалисты в ЛИИ с участием специалистов отделения. Сегодня поближе познакомимся именно с таким комплексом.
Встретил нас и провёл экскурсию заместитель начальника лаборатории комплекса прочностных испытаний "АК им С.В.Ильюшина", кандидат технических наук - Владимир Иванович Ткаченко ...
Владимир Иванович рассказал о видах прочностных испытаний, и конкретно о тех исследованиях, которые проводятся в этой лаборатории.
Существуют две самостоятельные дисциплины прочностных расчётов - расчёт прочности на статику и расчёт на ресурс. Статические испытания, при которых нагрузка на элементы планера превышает эксплуатационную в 1,5 раза. Нагрузка на крыло во время полёты превышает 1000 тон. Создать максимально приближенные условия конструкции за счёт напряжённого-деформированного состояния конструкции.
Эксплуатационная нагрузка при расчётах принимается равной 67% (это выходит из норм лётной годности). Если, к примеру, умножить эту величину на коэффициент безопасности (для расчётов принимается величина - 1,5, в которой учитывается ресурс планера) то как раз и получается 100% расчётная нагрузка, правда такая нагрузка никогда не возникает во время полёта ...
Крыло, как наиболее повреждаемая часть конструкции самолёта, подвергается испытаниям с расчётными нагрузками до 120%. Фюзеляж, хотя и имеет различные конструктивные вырезы и полости, и казалось бы должен иметь меньшую прочность, в полёте не подвержен таким нагрузкам, которые получает крыло. Поэтому для него достаточно испытаний со 100% нагрузкой ...
Этот Ил-76ТД (RA-76751), выпущенный в 1988 году, сначала летал в "Аэрофлоте" и успел налетать 2500 часов, а в 1994 году, после посадки на Ходынском поле, поступил в распоряжение ОКБ для установки и облёта новых двигателей ПС-Однако на эту машину двигатели так и не установили, и решено было оставить этот борт для испытаний на ресурс. Для этого была разработана специальная программа. По аналогичной программе сейчас проводятся и ресурсные испытания Ил-476 ...
Ил-76 изначально рассчитан на 20000 полётов. Но для того, чтобы обеспечить ему такие характеристики, необходимо было провести весь комплекс прочностных, а затем и ресурсных испытаний. А затем, и по сей день, продолжать проводить испытания уже для обеспечения продления ресурса ...
Именно такие исследования и выполняются в этой лаборатории. С самолёта убраны шасси. Самолёт подвешен под мощными балками на специальных подвесах, в которых включены и гидравлические цилиндры, способные создавать нагрузку в десятки тонн на элемент конструкции. Система автоматического слежения, разработанная совместно с ЦАГИ, позволяет стабилизировать подвеску и обеспечивать искомое полётное состояние.
Усилия этих гидравлических цилиндров пропорциональны их диаметрам. Нагрузка при помощи дополнительных балок и кронштейнов равномерно распределяется по элементам конструкции. На левом полуразмахе крыла оставлены пилоны под стандартные двигатели Д-30, в то время как на правом - установлены пилоны и усиленные элементы конструкции и узлов крепления под двигатели ПС-90, которые тяжелее и мощнее 30-х ...
В среднем для определения ресурса принимают в расчёт полёт продолжительностью 3-4 часа и срок эксплуатации 20-25 лет. Эти величины подтверждаются в первую очередь. В дальнейшем, уже для увеличения ресурса, начинают проводить дополнительные испытания, которые могу длиться годами. Обычно ресурс по состоянию материала (коррозия, усталость, износ) меньше, чем по полётам, и продлевать такой ресурс сложнее. Сейчас на летающие Ил-76 с двигателями Д-30 по результатам испытаний продлён ресурс до 10000 часов ...
Программный полёт длится обычно 20 минут и выполняется с полной нагрузкой на конструктивные элементы крыла и фюзеляжа ( нагрузки на крыло выполняются с коэффициентом надёжности 2 ). Крыло подвергается давлению и различным колебаниям при помощи воздействия гидравлических цилиндров. Нагрузка для расчёта суммируется со всех цилиндров. В завершающей стадии полёта на крыло воздействуют давящими нагрузками, имитирующими посадку. По программе, которая сейчас отрабатывается на 76-ой, необходимо выполнить 20000 таких полётов ...
При возникновении повреждений испытания останавливаются, и производится ремонт узла. После этого процесс испытаний возобновляется. Повреждения конструкции и отдельных элементов выявляются различными способами как визуальными (если большие) так и приборными (существует несколько специальных методик), способными найти даже минимальные трещины ...
Обычно чем дальше продлевается ресурс, тем больше вводится ограничений на эксплуатацию самолёта. Например ограничивают полёты по погодным условиям либо переводят с пассажирских рейсов на грузовые перевозки ...
Заглянули и во внутрь самолёта. Для создания нагрузки на полу в различных местах уложены кольцевые грузы ...
Место штурмана и вновь грузы на полу ...
По всему салону протянуты жгуты проводов от датчиков измерительной аппаратуры ...
Вид на крыло через иллюминатор, опутанное сетью балок, кронштейнов и проводов ...
Изучение внутренностей самолёта не обошлось и без внимательного местного "контролёра" ;)
При обнаружении трещин их фиксирование или устранение возможно теперь и с помощью клеевых методов, так называемых "стопперов". Такие нововведения начались со времени создания и испытания крыла для Ил-86, которое при разработке потребовало иных, более высоких, прочностных характеристик ...
На сегодня в эксплуатации по всему миру находится ещё очень большое число Ил-76, в том числе и у зарубежных эксплуатантов, что в свою очередь требует проведения дополнительных исследований на ресурс. Поэтому данные виды прочностных испытаний по этой машине будут продолжаться и далее ...
Ниже - два новых пилона под двигатели ПС-90, переданные заводом для установки и проведения прочностных испытаний ...
Всё крыло увешано различными рычагами и противовесами, объединёнными в одну общую сложную систему ...
Из этой кабины, расположенной на высоте в несколько метров от пола, оператор осуществляет управление испытательными программами.
Таких кабин в ангаре построено две ...
Ну а далее мы познакомились с ещё одним удивительным самолётом - деревянным полноразмерным макетом Ил-96-300, созданным в основном для решения задач по компоновке салона.
На макете воссоздана даже часть крыла и двигатель ...
Не только салон, но и внешние особенности конструкции смоделированы достаточно подробно ...
Поднявшись на борт, первым делом заглядываем в кабину, ведь она тоже имеется в этом макете ...
Внутри, на первый взгляд, всё выглядит как в настоящем 96-м. Различия становятся заметны лишь при детальном рассмотрении. Для изготовления, в большинстве случаев, использовалось дерево и фанера. Хотя, местами, установлены и настоящие элементы облицовки салона ...
Салонов, как и в настоящем Иле, несколько. Свободного места внутри предостаточно. Говорят, что этот макет был использован и при разработке внутреннего оборудования салона президентского Ил-96 ...
На кадре ниже - 103-я машина (пятиместный Ил-103), которая уже прошла весь объём испытаний, и находится теперь тоже в этом отделе, приютилась рядом со своей старшей сестрой ...
И в завершении, ещё один общий вид на лабораторию ...