Прочностной эксперимент

В прочностных экспериментах оцениваются несущая способность и особенности работы конструкции под нагрузкой. Испытаниям подвергаются отдельные части и ЛА в целом. В процессе испытаний моделируются условия нагружения, которым подвергается ЛА при эксплуатации.
В процессе статических испытаний проверяются результаты расчета на прочность. В специально оборудованном зале статических испытаний (статиспытаний)

Рис. 8.15. Схема статических испытаний крыла

(рис. 8.15) крыло 1, закрепленное на колонне 2 на узлах, которыми оно крепится к фюзеляжу, загружается примерно теми же нагрузками, которые были приняты при расчете. Неполное соответствие распределения нагрузки по конструкции условиям нагружения в полете обусловлено способом приложения нагрузки в процессе испытаний.
Нагрузка Y _в, имитирующая воздушную нагрузку на верхнюю поверхность крыла, создается гидравлическим силовозбудителем 3, закрепленным на силовом потолке 4 статзала, и, распределяясь с помощью системы рычагов 5 и тяг, прикладывается к верхней обшивке крыла через приклеенные к ней парусиновые лямки или резиновые прокладки. Аналогично, с помощью силовозбудителя, закрепленного на силовом полу, нижняя поверхность крыла нагружается нагрузкой Y _н.
При статических испытаниях самолета в целом он подвешивается между потолком и полом с помощью аналогичных рычажных систем, через которые на самолет передаются взаимно уравновешенные нагрузки, имитирующие поверхностные и массовые силы (см. раздел 6.2), что позволяет проверить на прочность конструкцию самолета для всех полетных случаев нагружения (во всем диапазоне полетных перегрузок).
Правильность прочностных расчетов оценивают, сопоставляя напряжения, полученные теоретически в расчетных моделях, с напряжениями, возникающими в реальной конструкции в процессе статиспытаний. В процессе испытаний напряжения измеряют с помощью тензометрических, (от лат. tensus - напряженный, натянутый) датчиков, наклеенных на испытываемый элемент конструкции.
Один экземпляр ЛА при статических испытаниях доводят до полного разрушения с целью выявления предельных нагрузок, которые конструкция способна выдержать в полете.
Увеличение расчетного срока службы многоразовых ЛА, увеличение динамических нагрузок в полетных и на взлетно-посадочных режимах, циклическое нагружение фюзеляжа при наддуве гермокабины, возросшие циклические, акустические и тепловые нагрузки обусловили возникновение проблем усталостной прочности. Усталостные разрушения становятся одной из наиболее часто встречающихся причин аварий ЛА.
Испытание самолета на усталостную прочность проводится на специальных стендах, при этом управляемая с помощью ЭВМ система загрузки позволяет имитировать полный цикл нагружения самолета знакопеременными нагрузками в течение полета: нагрузками от шасси при взлете и посадке с учетом динамических нагрузок от крыла; нагрузками от изменения давления в кабине при наборе высоты (увеличение давления) и при снижении (уменьшение перепада давления до нуля); нагрузками на крыло, фюзеляж и оперение, имитирующими встречу самолета с предполагаемым числом вертикальных воздушных порывов. Такие стенды позволяют имитировать 3-часовой полет самолета в течение 3-5 мин нагружения.
Для испытаний на флаттер применяется исследование в аэродинамических трубах динамически подобных моделей (рис. 8.16).

Рис. 8.16. Динамически подобная модель для исследования флаттера

Аэродинамические свойства исследуемого ЛА моделируются за счет соответствующих натуре обводов жестких отсеков 1, закрепленных на балках 2, 3, 4, 5, 6, имитирующих силовую конструкцию соответственно горизонтального оперения, вертикального оперения, фюзеляжа, крыла, пилона с системой подвески двигателя. Изгибная и крутильная жесткость этих балок в масштабе модели соответствует жесткости реальных (или проектируемых) конструкций, что позволяет моделировать их упругость. Свойства инерции конструкции моделируются системой грузов 7, закрепленных на балках.
При возникновении флаттера в процессе испытаний такая модель допускает колебания большой амплитуды без разрушения и остаточных деформаций, что позволяет проводить на ней разнообразные исследования по доводке параметров ЛА, включая перестановку и замену агрегатов.
На специальных стендах исследуются тепловая прочность, акустическая и вибропрочность конструкции.
Для регистрация параметров в процессе прочностных экспериментов создаются информационно-вычислительные системы, позволяющие оценивать в реальном масштабе времени состояние конструкции и управлять экспериментом.
С началом эксплуатации серии самолетов самое тщательное наблюдение ведется за состоянием конструкции и систем самолета - лидера, налет которого значительно опережает налет всех остальных серийных самолетов. Оценка технического состояния самолета-лидера позволяет производить в случае необходимости доработку конструкции и систем находящихся в эксплуатации самолетов для поддержания необходимой прочности высоконагруженных конструкций самолета.