4.Диагностирование и прогнозирование технического состояния элементов планера

Цель диагностирования конструкции планера — обнаружение по­вреждения элемента конструкции до того момента, когда вероятность его разрушения превысит допустимые нормы. Вследствие этого основ­ной характеристикой качества контроля технического состояния яв­ляется вероятность обнаружения повреждений.

Основными диагностическими средствами неразрушающего конт­роля являются ультразвуковые и вихретоковые устройства, магнит­ные, порошковые и люминесцентные дефектоскопы и рентгенография.

Обоснованность выбора уровня контроля (осмотра) определяется: степенью влияния элемента на безопасность полета, доступностью контроля, критическим размером повреждения lкр, скоростью роста повреждения Δl/ΔN, предполагаемым сроком (налетом) t₀ обнаруже­ния первоначального повреждения (l₀), принятой периодичностью ТОиР. Следует учитывать и экономические критерии: трудоемкость контроля, стоимость средств контроля, повторяемость контроля в за­висимости от парка самолетов,

потребность в ангарных помеще­ниях.

В настоящее время в условиях АТБ диагностирование конструк­ции методами HK осуществляется в соответствии со сборниками ди­рективной документации по HK конкретного типа самолета. Ис­пользование материалов сборников и периодичность проведения HK определяется регламентами ТО или программой ТОиР.

Пример типовой карты HK, со­держащийся в сборнике, приведен в форме 6 (заполнение карты ус­ловное).

Вероятность обнаружения пов­реждения зависит от многих факто­ров, к числу которых можно от­нести: условия диагностирования (на аэродроме, в ангаре, днем, ночью); опыт и квалификацию ис­полнителей; качество и состояние

Рис.3 Зависимость вероятности обнаружения трещины при периоди­ческом обслуживании ЛА от ее длины

диагностического оборудования; местоположение и геометрию эле­мента, его материал и ориентацию повреждения в нем; доступность зоны контроля. Вероятность обнаружения трещины при периодиче­ской форме технического обслуживания (рис. 3) получена в ре­зультате статистической обработки материалов по результатам дефектации одного из самолетов в предположении логарифмически нормального распределения повреждения:

где Qk виз(l ) — вероятность обнаружения повреждения размером визуальным методом; Φ — функция нормированного распределения Гаусса

В общем виде при использовании любых методов неразрушающего контроля выражение принимает вид

I где α — среднее значение распределения длины трещины l; σ — среднее квадратическое отклонение; i — метод контроля.

Знание размеров и вероятности обнаружения повреждения эле­мента конструкции, которое может быть обнаружено в процессе ТОиР, является основой для реализации той или иной стратегии обслуживания планера (по ресурсу, по состоянию). Известно, что чем меньше размеры повреждения, которое может быть обнаружено с достаточной достоверностью, тем выше вероятность его обнару­жения в заданный период и тем больше интервалы между проведе­нием ТОиР могут быть приняты. Таким образом, в настоящее время основным признаком, характеризующим техническое состояние пла­нера, является отсутствие или наличие повреждения. Поэтому диаг­ностирование в основном сводится к проведению осмотров при вы­полнении ТОиР с использованием неразрушающих методов контро­ля.

Еще в период проведения натурных ресурсных и эксплуатаци­онных испытаний фиксируются моменты обнаружения повреждения t0 и минимальная величина обнаруживаемого повреждения I0. Мак­симально допустимая величина повреждения /кр определяется из условия обеспечения прочности при 2/3 максимальной нагрузки. Пе­риод развития повреждения от I0 до /кр зависит от скорости разви­тия повреждения, которая может быть определена из опыта по уравнению

где A, m — параметры модельного образца.

Характеристика действующих напряжений

где σα — амплитуда действующих напряжений; F0 — коэффициент, учитываю­щий ширину образца.

Знание скорости распространения повреждения позволяет принять решение об установлении для данного элемента конструкции фиксированного ресурса либо, оценив живучесть конструкции, о возможности его эксплуатации по состоянию. Отсюда следует, что для конструкции, созданной по принципу фиксированного ресурса, образование трещины любой длины означает отказ. Для конструкции же, созданной по принципу безопасного повреждения, отказом будет считаться достижение трещиной критической величины lкр. Поэтому подход к формированию программы ТОиР планера и назначению пе­риодичности осмотров для этих двух типов конструкций будет раз­личным. Такая программа должна обеспечивать заданные уровни по безопасности полетов, эффективности использования самолета при ми­нимальных затратах на ТОиР.

Для оценки влияния усталостных повреждений элементов планера на безопасность полетов сначала определяют влияние отказа на вы­полнение целевых функций конструкций (расчетными или экспери­ментальными методами), а затем вероятность неразрушения за время

существования повреждения методами оценки надежности конструк­ции, поврежденной трещиной усталости:

где ξ (/) — время существования повреждения.

Принимая, что за период (О, t) контроль повреждений не произво­дился,

Очевидно, что ξ (t) является случайной величиной, распределенной с функцией F ξ (X).

Наиболее просто выражение для F ξ (X) получаем при отсутствии контроля:

где Ft — функция распределения времени tо возникновения повреждения.

В качестве функции распределения Fto (X) можно использовать логарифмически нормальное распределение:

где В—ширина пневматика колеса шасси, а — логарифм среднего значения дол­говечности элемента.

При известных функциях распределения времени образования повреждения Fu (t) и времени достижения критической величины FtK (t) вероятность неразрушения за время существования поврежде­ния определяется следующим образом:

при отсутствии живучести конструкции

при обеспечении живучести

При известных вероятностях обнаружения повреждения элемента конструкции Qki (l) и разрушения конструкции R (t) определяется вероятность возникновения одной из особых ситуаций, в частности катастрофической:

Нормируемые значения вероятностей попадания в особые ситуации меняются в зависимости от числа эксплуатируемых самолетов. Так, если для единичного самолета принять в соответствии с ЕНЛГС Q_KC = = 10^~8 ...10^~9, то для парка в 10 самолетов Qкс = Ι0^-6 ...10^~7. Уп­равляющими воздействиями для поддержания уровня безопасности полетов парка самолетов являются стратегии, режимы и методы ТОиР и связанная с ними периодичность контроля.