Взлёт 2012 10
Шрифт:
Сейчас специалисты комплекса прочности ЦАГИ работают в двух основных направлениях. Во-первых, мы – одни из основных соисполнителей работ, которые ведутся в рамках нашего сотрудничества с корпорацией «Иркут» и компанией «АэроКомпозит». Материалы наших расчетов и, в большей степени, экспериментов, подкрепляют и сопровождают проект, обеспечивая принятие технических решений. Работы ведутся по комплексному плану, согласованному с «Иркутом».
Во-вторых, наши ведущие специалисты привлекаются в качестве экспертов для выполнения задач, связанных с сертификацией МС-21 в рамках современных представлений, что сертификация должна выполняться параллельно
Можно ли сформулировать основную идею, которой Вы руководствуетесь в ходе работ по МС-21?
Аэроупругая динамически подобная модель консоли крыла МС-21
Цель нашей совместной с конструкторами КБ работы – обеспечить, чтобы конструкция МС-21 была абсолютно надежной в плане прочности. Отсюда следует общий принцип: каждый элемент конструкции крыла, фюзеляжа, оперения, шасси, подвески двигателей должен быть испытан на стендах, в условиях нагрузок, максимально приближенных к тем, которые самолет будет испытывать в эксплуатации.
Кроме того, на стендах и в аэродинамических трубах мы должны довести нашу конструкцию до режимов, на которые при реальной эксплуатации самолет выходить не должен. Это необходимо для определения и подтверждения запасов, которые конструкция обязательно должна иметь.
Каждый элемент следует нагрузить правильной системой сил и моментов с тем, чтобы для исследователей и разработчиков не осталось «белых пятен». Чтобы решить эту проблему, мы заранее определили облик экспериментальной базы, которая потребуется для проведения комплекса прочностных исследований как на этапе разработки, так и на этапе сертификационных испытаний. Для этого был разработан специальный план, который мы продолжаем реализовывать, создавая соответствующие стенды.
В чем новизна самолета МС-21 с точки зрения прочнистов ЦАГИ?
Я бы выделил здесь три момента, связанные с тематикой прочности конструкции. Впервые на пассажирском лайнере применено тонкое крыло такого большого удлинения, что требует решения ряда проблем, связанных не только с прочностью, но и с аэроупругостью.
Впервые в России, а в данном классе ЛА и впервые в мире, используется композитное крыло, центроплан и оперение, которые соединяются с традиционным металлическим фюзеляжем. На самолете МС-21 планируется иметь высокую – до 35% массы – долю композитов в конструкции. На отечественных самолетах предыдущего поколения этот показатель не превышал 10%. Причем композиты не применялись в силовых ответственных конструкциях.
Новинкой также является использование специальной системы снижения нагрузок и управления ими, что непосредственно связано с проблемами прочности.
К особенностям проекта, безусловно, относится и широкая международная кооперация.
Как я понимаю, материальным воплощением отмеченных особенностей проекта стал композитный кессон крыла, который испытывается в ЦАГИ?
Силовой кессон крыла из композиционных материалов – это важнейший несущий элемент конструкции. В настоящее время мы ведем испытания его прототипов.
Работу мы ведем совместно с корпорацией «Иркут» и дочерним предприятием ОАК – компанией «АэроКомпозит», которая создана для проектирования и производства крупных композитных конструкций.
В ходе первого этапа работ проведены экспериментальные исследования жесткости кессона и частотные испытания в широком диапазоне частот. При этом нами исследовано изменение свойств образца после нанесения повреждений, характерных для эксплуатации самолета.
В ходе испытаний первый прототип кессона выдержал эксплуатационные нагрузки. Затем были проведены его испытания при экстремальных нагрузках. Запланированное в ходе этих тестов разрушение образца произошло в расчетном месте.
Мы впервые в ходе проекта имитировали поведение основной силовой части крыла и получили эффекты, предсказанные при проектировании. Этот важнейший результат повышает нашу уверенность в том, что все расчетные и проектные методики в целом правильно работают в совокупности с выбранной инфузионной технологией производства композитной конструкции.
Выполнив этот этап, мы смогли двигаться дальше.
Каково содержание дальнейших работ?
Всего запланированы испытания трех прототипов кессона.
Первый, о котором я сказал, полностью еще не отработан. После ремонта он будет использован для дальнейшего исследования поведения конструкции, имеющей различные повреждения, а также отремонтированные участки. Второй прототип также находится в лаборатории статических испытаний, где ведется ряд работ, связанных как с прочностью, так и с отработкой технологий стыковки композитных деталей с металлическими.
Третий прототип кессона будет испытан в лаборатории динамических испытаний с позиции усталостной прочности при эксплуатации.
Параллельно с испытаниями прототипов кессона запланирован колоссальный объем испытаний различных образцов и элементов конструкции. В целом будет испытано несколько тысяч образцов и элементов конструкции.
Затем мы просуммируем все результаты и подведем итоги, на базе которых будут приняты решения и рекомендации для дальнейших проектных работ.
В чем особенности испытаний конструкций из композиционных материалов?
Основная особенность состоит в том, что композиты, в отличие от металлов, сами являются конструкцией, причем анизотропной. В ней есть волокна углерода, связующее, укладка слоев с различной ориентацией и т.д.
Композиты обладают колоссальными потенциальными преимуществами, как, например, отсутствие коррозии, высокие ресурсные характеристики, очень высокая удельная прочность. Этот показатель для углеродных волокон – основы современных композитов – доходит до 500 кг/мм^2 , т.е. в 3-5 раз выше, чем у стали.
Однако реализовать и использовать эти высокие характеристики в реальных условиях конструкции достаточно сложно. Любая инновация имеет свои плюсы и минусы. Так, например, для композитов критична ударная прочность, климатические воздействия. Приходится проводить много испытаний, чтобы ответить на вопрос, как изменится прочность всех подверженных эксплуатационным повреждениям агрегатов. Причем эти повреждения могут быть и при изготовлении, и при эксплуатации.