АНАЛИЗ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВИБРАЦИИ В ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ С ЦЕЛЬЮ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ И СИСТЕМ ДЛЯ ЕЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

АННОТАЦИЯ

Целью исследования является разработка системы виброизмерений, сбор и анализ показаний вибрации в крыле и стабилизаторах самолета. Рассматривается система регистрации данных и проблема возникновения автоколебаний во время полета. Предлагаются варианты установки датчиков вибрации на самолете, а также информируется на каком именно этапе находится представленная разработка.

ABSTRACT

The purpose of the study is to develop a vibration measurement system, collect and analyze vibration readings in the wing and stabilizers of the aircraft. The data recording system and the problem of the occurrence of self-oscillations during the flight are considered. Options for installing vibration sensors on an aircraft are proposed, and it is also informed at what stage the presented development is.

Ключевые слова: прочность, вибрация, флаттер, модернизация, регистрация, виброизмерения, система.

Keywords: strength, vibration, flutter, modernization, registration, vibration measurements, system.

К современным летательным аппаратам необходимо предъявлять множество требований по изготовлению и эксплуатации. Это связано с тем, что каждый летательный аппарат имеет на своем борту различные системы для комфортного и безопасного пилотирования. Одним из таких требований является требование по обеспечению прочности.

Достаточно важный фактор, который приводит к повреждениям летательных аппаратов, является внешнее вибрационное воздействие. По статистике до 30% поломок в летательных аппаратах приходится именно на вибрацию [1].

Появление вибрации в конструкции самолета побуждает не только преждевременный выход из строя систем управления самолета вследствие уменьшения усталостной прочности материалов, но дополнительно накладывает большие ограничения на показатели, которые на первый взгляд вообще никак не связаны с вибрацией.

В настоящее время на предприятии филиал ПАО «Ил» ЭМЗ им. В.М. Мясищева активно проводится программа модернизации и возобновления самолетов. Работы ведутся с целью обеспечения современных и перспективных требований, предъявляемых к авиационной технике. Проводятся работы по модернизации систем и оборудования самолетов, ключевую роль в таких системах занимает система автоматической регистрации (САР) [2].

САР представлен в виде программно-технических средств, предназначенный для обеспечения летных испытаний авиационной, ракетно-космической техники и натурных испытаний [3].

САР собирает, регистрирует и обрабатывает измерительную информацию, которая приходит с датчиков и бортовых систем в период проведения испытаний и эксплуатации. САР включает в себя малогабаритные модульные комплексы и сканеры физических параметров. Одним из комплексов, входящих в САР, является бортовой твердотельный накопитель (БТН) цифровой и аналоговой информации «ТН3» [4]. Предназначен для информационного обеспечения летных испытаний авиационной техники. Используется в качестве регистратора цифровой и аналоговой информации. Представляет собой корпус с платой сбора информации, кассетой памяти и модулями приема сигналов. В корпус можно установить до 10 модулей приема сигналов.

На базе БТН «ТН3» представляется возможность построить систему виброизмерений летательного аппарата с многократным резервированием, что предоставляет возможность получить практически любую степень надежности. Исследование полученных данных даст полное представление о влиянии вибрации во время полета на критические участки летательного аппарата.

В настоящее время в литературе упоминаются системы виброизмерений, которые снимают показания только в отсеках двигателя. Но не существует систем, которые фиксируют показания вибрации на концах полукрыльев, в отсеке вспомогательной силовой установки, вертикальном стабилизаторе (киль) и на концах горизонтальных стабилизаторов.

Информация о вибрации в таких важных местах самолета имеет большое значение. Летательный аппарат во время полета по мимо вибрации двигателей, сталкивается с таким видом вибрации, как флаттер [5].

При достижении высокой скорости, конструкция самолета сталкивается с самовозбуждающимися автоколебаниями, которые влекут за собой изгибание и скручивание крыла, приводящих к разрушению.

В зависимости от элемента конструкции, флаттер делится на несколько видов:

• крыло гнется и скручивается;
• крыло гнется, элерон отклоняется;
• крыло скручивается, элерон отклоняется;
• крыло гнется, элерон и триммер отклоняются.

Разработка системы виброизмерений летательного аппарата и исследование данных полученных вибраций во время полета, предоставит возможность увеличить прочностные характеристики самолета и обеспечить виброустойчивость систем к таким явлениям.

На рисунке 1 представлена схема установки датчиков вибрации, где Х – это ось крена, Y – ось рыскания и Z – ось тангажа. Для получения точной информации о вибрации, следует устанавливать по 2 датчика вибрации на каждом элементе конструкции самолета. Такое размещение датчиков дает возможность исключить погрешность получения информации.

Рисунок 1. Схема установки датчиков вибрации на самолете

Сейчас БТН «ТН3» уже установлен на борт самолета Ил-114-300, а разработка системы находится на этапе установки датчиков и совсем скоро будут проводится натурные испытания для получения первых показаний о вибрации в зоне крыла и стабилизаторов.

Создание такой системы диагностирования летательных аппаратов во время полета является перспективным направлением научной деятельности. Уровень технологического развития позволяет продолжать исследование вибрации во время полета и совсем скором анализ данных, полученных при испытаниях, даст возможность снизить процент отказов оборудования из-за вибрации.

Список литературы:

1. Анализ авиакатастроф на основе исследования множества факторов, Дьячков Д.В., Золотарев О.В. – Физико-техническая информатика. Материалы 8-ой Международной конференции. Том Часть 2. Нижний Новгород, 2020 г. - 289-320 стр.
2. Системы оборудования летательных аппаратов. Под редакцией Акопов М.Г., Бекасова В.И., Долгушев В.Г. – М.:Машиностроение, 2006 г. – 235 стр.
3. Улов Б.А. Испытание летательных аппаратов и двигателей (общие вопросы наземной подготовки): Учебное пособие. – Куйбышев: КуАИ, 1987 г. – 400 стр.
4. Система бортовых измерений для беспилотников [Электронный ресурс]. – URL: https://www.prom-tex.org/en/areas/aviatsiya/sistema-bortovykh-izmereniy-dlya-bespilotnikov/
5. Флаттер (авиация) [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BB%D0%B0%D1%82%D1%82%D0%B5%D1%80_(%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F)