Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Бобрышев Александр Петрович. Использование вибрационных испытаний в контроле технического состояния самолётов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.07.03 / Бобрышев Александр Петрович; [Место защиты: Новосиб. гос. техн. ун-т].- Новосибирск, 2009.- 134 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1916


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1 .МЕТОДЫ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ И ИДЕНТИФИКА
ЦИИ КОНСТРУКЦИЙ 12

  1. Развитие методов вибрационных испытаний и идентификации 12

  2. Методики выявления конструктивно-технологических дефектов 27

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ ЛЮФТОВ В МЕХАНИ
ЧЕСКИХ ПРОВОДКАХ УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЁТА 36

  1. Расчётная схема и математическая модель проводки управления 36

  2. Реальная конструкция проводки управления и её модель 40

  3. Исследования динамических характеристик проводки управления

и проверка адекватности модели 43

2.4. Методика выявления люфтов 52

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОРГА
НОВ УПРАВЛЕНИЯ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ ДЕМПФЕРАМИ 63

  1. Разработка расчётной схемы органа управления с гидравлическим демпфером 64

  2. Составление уравнений движения 70

  1. Влияние характеристик демпфера и проводки управления на жёсткость и демпфирование руля 77

  2. Определение параметров уравнения колебаний органа управления с демпфером по результатам испытаний 85

  3. Проверка адекватности и пример использования модели руля

с демпфером 89

ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ ВЫЯВЛЕНИЯ КОНСТРУКТИВНО-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ 95

  1. Использование общих форм колебаний планера 95

  2. Орган управления с сухим трением в проводке 98

  3. Орган управления со смещённым узлом навески 103

  4. Специальные вибрационные испытания 110

  1. Испытания изолированной силовой установки 110

  2. Исследование причин разрушения трубопровода противообледени-

тельной системы самолёта Су-24М 111

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 117

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 119

ПРИЛОЖЕНИЕ 132



Введение диссертации:

Современные требования к надёжности, эффективности и безопасной эксплуатации авиационной техники приводят к необходимости разработки технических средств и методов для оценки технического состояния летательного аппарата (л.а.). Несмотря на тщательный контроль за соблюдением технологической дисциплины, качеством изготовления деталей и агрегатов, точностью сборочных работ, надёжная оценка технического состояния летательного аппарата возможно только на основе объективного контроля [20,23]. К сожалению, широко известные методы объективного контроля (визуальный осмотр, неразру-шающие методы), в силу разных причин, не всегда могут быть использованы, а во многих случаях не дают комплексного ответа о техническом состоянии объекта контроля. В этой связи несомненную актуальность приобретает использование периодических виброчастотных (или частотных) испытаний полностью собранных и укомплектованных оборудованием самолётов. Под частотными испытаниями понимается определение обобщённых масс, частот, форм и декрементов собственных тонов колебаний. При этом для определения технического состояния л.а. используются возможные отклонения динамических характеристик. Контроль может происходить либо на уровне качественной оценки (наличие или отсутствие дефекта), либо на уровне количественной оценки одного или нескольких дефектов.

Как известно, виброчастотные методы можно условно разделить на пассивные и активные. В первом случае исследуются сигналы, получаемые при нормальном функционировании контролируемого л.а., во втором случае соответствующая информация получается при приложении к объекту контроля специально заданных воздействий [27, 53]. В данной диссертационной работе рассматриваются виброчастотные испытания конструкции л.а. с приложением к объекту испытаний специально заданных воздействий. При этом приложенные воздействия могут быть двух видов: стационарные и нестационарные. Стационарные воздействия можно разделить на детерминированные (периодические) и случайные [33].

5 Наибольшее распространение в общем машиностроении нашли

виброчастотные методы в режиме вынужденных колебаний. Анализируя работы по вибропрочностным испытаниям в режиме вынужденных колебаний можно отметить, что происходит переход от сравнительно простых подходов и методов качественной оценки дефектов объекта (типа да - нет) к методам количественной оценки наличия множества дефектов. В любом случае процедура частотных испытаний л.а. для оценки их технического состояния распадается на два основных этапа. Во-первых, проведение прецизионных испытаний, которые проводятся для определения частотного паспорта самолёта. Результаты испытаний исследуются в том числе и на предмет появления в них отклонений либо от соответствующих расчётных, либо от результатов ранее проведённых испытаний самолётов рассматриваемого типа. Возможно и нарушение симметрии характеристик, присущих симметричному объекту. Причиной таких изменений могут являться конструктивно-технологические дефекты. Во-вторых, выполняется специально разработанная методика обработки полученных данных, которая, по сути, сводится к решению обратной задачи теории колебаний.

Традиционные частотные испытания л.а. не позволяют определить причину отклонений динамических характеристик, поэтому целесообразна разработка методики использования их результатов для обнаружения дефектов. Одним из способов решения этой задачи является математическое моделирование конструкции самолёта с дефектом в виде уравнений движения с последующим определением параметров уравнений по результатам испытаний. Такие методы называются методами идентификации динамических систем.

Развитие методов идентификации тесно связано с совершенствованием экспериментального оборудования и вычислительной техники. Первые способы определения параметров уравнений движения механических систем, разработанные к пятидесятым годам прошлого столетия, относились, в основном, к уравнениям колебаний, записанным в главных координатах (используя современную терминологию — производилась модальная идентификация конструкций). Собственные частоты и формы, обобщённые массы и декременты колебаний тонов определялись по результатам частотных испытаний при одноточечном

возбуждении, поэтому постулировались такие свойства реальных систем, как малость демпфирования, отсутствие близких собственных частот, выполнимость гипотезы Базиля о возможности приведения матриц инерции, жёсткости и демпфирования к диагональному виду одним преобразованием координат.

С появлением в пятидесятых годах экспериментального оборудования, реализующего многоточечное возбуждение колебаний, разрабатываются методики подбора сил для разделения тонов, имеющих близкие собственные частоты. Кроме того, возможность введения фазового сдвига в силы возбуждения позволила создать метод определения обобщённых масс, не требующий выполнения гипотезы Базиля.

Развитие вычислительной техники, увеличение числа каналов измерения и скорости опроса датчиков экспериментального оборудования, а также возможность непосредственного введения результатов частотных испытаний в память ЭВМ, послужило толчком к развитию параллельно модальной идентификации и методов определения параметров уравнений движения относительно физической системы координат. Такие методы носят названия методов параметрической идентификации. Параметрическая идентификация лишена основного недостатка модальной необходимости подбора сил возбуждения, но при этом она часто не даёт единственного решения обратной задачи и может приводить к плохо обусловленной матрице системы уравнений, из которой определяются параметры математической модели.

Анализ нелинейных систем усложняется неприменимостью принципа суперпозиции, поэтому достаточно общие методы нелинейной идентификации разработаны для систем с одной степенью свободы.

В данной работе предложен способ выявления люфтов в механической проводке управления отклоняемыми поверхностями. При этом проводка управления представляется набором упругих элементов (тяги, качалки), в соединениях между которыми возможен зазор.

Решаются также задачи определения влияния жёсткостей опор и параметров демпферов на характеристики демпфирования колебаний органов управления, использования общих форм колебаний планера для выявления конструк-

7
тивно-технологических дефектов, оценки величин сухого трения в

опорных подшипниках, отклоняемых поверхностей. Рассмотрено влияние смещений узлов навески на динамические характеристики органов управления. Исследованы причины разрушений трубопроводов противообледенительной системы.

Представленный выше краткий обзор показывает, что по мере развития и совершенствования методов обработки данных, экспериментальной и вычислительной техники, появляются новые возможности комплексной оценки технического состояния самолёта методами виброчастотных испытаний.

Цель работы: разработка методики выявления конструктивно-технологических дефектов планера самолёта и его систем по результатам вибрационных

испытаний.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

  1. Разработать расчётную модель механической проводки управления самолёта. Провести расчётно-экспериментальные исследования динамического поведения проводки с люфтами. Определить параметры, позволяющие установить местоположение люфта и оценить его величину по результатам вибрационных испытаний.

  2. Разработать нелинейную расчётную модель органов управления, оборудованных гидравлическими демпферами. Параметры модели определить по результатам вибрационных испытаний. Исследовать влияние параметров демпферов на эффективность гашения колебаний рулей.

  3. Показать возможность использования искажений характеристик форм колебаний планера самолёта и отклоняемых поверхностей для выявления конструктивно-технологических дефектов.

  4. Исследовать резонансные режимы колебаний трубопроводов бортовых систем в диапазоне частот вращения двигателей.

8 5.Рразработать конструктивно- технические рекомендации по доводке

изделий.

Научная новизна

Разработана методика использования результатов вибрационных испытаний для выявления конструктивно-технологических дефектов, позволяющая контролировать качество изготовления самолётов и основанная на:

расчётно-экспериментальном определении местоположения и оценки величин люфтов в механических проводках управления для обеспечения аэроупругой устойчивости самолётов;

идентификации расчётной модели органа управления с гидравлическими демпферами по результатам испытаний, позволяющей оценить влияние параметров демпферов на эффективность гашения колебаний рулей;

взаимосвязи между искажениями характеристик форм колебаний планера и отклоняемых поверхностей, заложенных в конструкцию самолёта, и конструктивно-технологическими дефектами.

Практическая ценность работы

Результаты работы позволили для ряда изделий нескольких типов:

  1. Установить наличие и вид дефектов.

  2. Определить местоположения дефектов для последующего его устранения с минимальной разборкой конструкции.

3. Выработать рекомендации по улучшению технических характеристик

изделий.

Достоверность результатов диссертационной работы определяется применением основных положений т еории механических колебаний; использованием расчётных моделей, адекватность которых установлена экспериментально, а также проведением специальных испытаний и инструментального контроля дефектов. Представленные в работерезультаты получены на основе экспери-

9
ментальных исследований с использованием апробированных

методик, современного прецизионного оборудования.

Реализация работы. Внедрение результатов работы осуществлено на ОАО «НАПО им. В.П.Чкалова», ОАО «Корпорация «ИРКУТ».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 60-летию отделений аэродинамики летательных аппаратов и прочности авиационных конструкций СибНИА (Новосибирск, 2004 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Наука, промышленность, оборона» (Новосибирск, 2006 г.), объединённом научном семинаре кафедр «Прочность летательных аппаратов» и «Самолёте- и вертолётостроение» НГТУ, научно-техническом Совете ФГУП «СибНИА им. С. А. Чаплыгина» (Новосибирск, 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них: 2 статьи в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 1 - в сборнике научных трудов, 2 - в сборниках трудов Всероссийских научно-технических конференций, 1 патент на изобретение.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 103 наименований, приложения. Объём диссертации составляет 131 страницу основного текста, включая 53 рисунка и 4 таблицы.

Первая глава содержит общий анализ методик вибрационных испытаний и идентификации конструкций, а также методик выявления конструктивно-технологических дефектов. Приводится перечень видов конструктивно-технологических дефектов, которые рассматриваются в данной работе, и предлагаются способы их выявления. Делается вывод о целесообразности использования вибрационных испытаний при конструкторско-технологическои доводке самолётов.

Во второй главе решается задача выявления люфтов в механических проводках управления самолётом. Разрабатывается математическая модель про-

10
водки управления. Проводка представляется набором тяг и качалок,

в соединениях между которыми возможен зазор. Учитываются упругие и инерционные характеристики тяг и качалок. Зазор описывается как безинерциопное продолжение тяги. Расчётные и экспериментальные исследования проводятся применительно к специально изготовленной макетной проводке управления, состоящей из элементов проводки самолёта Су-34. Для моделирования люфтов используются стыковочные болты заниженных диаметров. Датчики ускорений устанавливаются как на органе управления, так и на торцах всех тяг. Местные нелинейные искажения сигналов датчиков, являющиеся следствием люфтов, анализируются с помощью фигур Лиссажу. Это позволяет установить местоположение люфта. Для оценки величины люфта используется частотная характеристика органа управления.

В третьей главе исследуются динамические характеристики органов управления, оборудованных гидравлическими демпферами. По результатам частотных испытаний двух типов изделий отмечается, что характеристика демпфирования колебаний рулей с двумя демпферами мало отличается от такой же характеристики руля с одним демпфером в исследуемом диапазоне амплитуд колебаний. Для изучения причин этого явления используется математическая модель, учитывающая инерцию органа управления, жёсткость проводки управления, жёсткость опор и внутреннюю жёсткость демпфера, гидравлическое сопротивление и люфт в узлах установки демпфера. Параметры математической модели определяются методами параметрической идентификации. Расчётными исследованиями, проводящимися с использованием метода гармонической линеаризации, устанавливается связь между параметрами демпферов и динамическими характеристиками органа управления. Отмечается, что при выборе типов демпферов важно учитывать соотношение между внутренней жёсткостью демпфера и жёсткостью его опор.

В четвёртой главе решается ряд конкретных задач выявления конструктивно-технологических дефектов. Так по изменениям характеристик собственных тонов общих форм колебаний планера делается, в одном случае, вывод о наличии конструктивного дефекта в системе фиксации основных стоек шасси в

убранном положении, а в другом — технологического дефекта в

креплении выносной стартовой установки.

Предлагается способ оценки величины сухого трения в опорах и проводке органов управления, основанный на использовании математической модели, параметры которой определяются по результатам испытаний.

Решается задача выявления причин искажения форм резонансных колебаний вращения отклоняемых поверхностей на примере флаперонов двух изделий. Разрабатывается расчётная модель флаперона. Расчётными и экспериментальными исследованиями устанавливается, что причиной искажения форм колебаний является технологический дефект — смещение узла навески флаперона.

Исследуются причины разрушения трубопроводов противообледенитель-ной системы самолёта Су-24М. В результате выполнения комплекса работ: фрактографического анализа мест разрушения, измерения нагрузок при наземной гонке двигателей и в полёте, статического и динамического расчёта, определяется, что причиной разрушения трубопроводов является совокупность технологического (высокие технологические напряжения) и конструкционного (резонансный режим колебаний) дефектов.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций