Усталостные трещины в лонжеронах лопастей вертолетов

Усталостные трещины в ЛОНЖЕРОНАХ ЛОПАСТЕЙ ВЕРТОЛЕТОВ [c.629]

Таким образом, выполненные оценки кинетики и длительности роста усталостной трещины в лонжероне лопасти вертолета Ми-8 RA-25617 свидетельствуют о высокой эффективности обнаружения усталостных трещин датчиком-сигнализатором уже на ранних стадиях их развития. Однако остается необъясненным вопрос о возникновении обрыва лопастей в полете с большими по длине трещинами, чем в описанном выще случае. Один из таких случаев относится к разрушению в полете лопасти в сечении R = 0,66 по отсекам № 13-14 при наработке 560 ч, когда площадь трещины составила около 75 % от сечения лонжерона. Она располагалась по нижней полке лонжерона, т. е. находилась в раскрываемой в полете зоне лонжерона под действием изгибной нагрузки. Разрушение произошло на 6-й минуте полета вертолета. Оценка этому событию может быть дана следующим образом. [c.649]

Рис. 12.7. Зависимость шага усталостных бороздок S и числа циклов роста трещины Np от длины а сквозной усталостной трещины в лонжероне лопасти, сформированных в эксплуатации вертолета по сечению разрушения на относительном радиусе лопасти 0,7

Итак, кинетика усталостных трещин в лонжеронах №1,2 показывает, что датчик сигнализатор успевает зарегистрировать наличие сквозной усталостной трещины в лонжероне до того момента, когда она достигает критических размеров. Система сигнализации повреждения лонжеронов лопастей НВ вертолетов серии "Ми" является надежной и обеспечивает своевременное обнаружение сквозных трещин при качественном выполнении технического обслуживания. [c.664]

Из указанных выше узлов или элементов конструкции развитие усталостной трещины в полете до критических размеров в лонжероне лопасти приводит к полному разрушению вертолета. В этом случае предельное состояние определяется критической длиной трещины, которая не должна быть достигнута в процессе эксплуатации. Разрушение диска компрессора или турбины, как правило, приводит к предпосылке летного происшествия. Согласно требованиям к проектированию ВС и силовых установок, возникающие внутренние разрушения элементов конструкции двигателя [c.27]

Таблица 12.1 Сведения об имевшихся случаях развития усталостных трещин в эксплуатации в стальных лонжеронах лопастей вертолетов Ми-6

Об этом же свидетельствуют и результаты измерения расстояния между блоками усталостных линий по длине трещины в стальном лонжероне лопасти вертолета Ми-6 [c.632]

Поэтому были рассмотрены еще три случая, в которых развитие усталостной трещины происходило от дефектов различной глубины, расположенных у угла профиля. Трещины были выявлены датчиком сигнализатором. Причем два случая со- ответствовали обнаружению трещины, когда она стала сквозной, и ее распространение составило всего несколько миллиметров, а один случай соответствовал прорастанию сквозной трещины почти на 10 мм. Ниже наиболее полно изложена информация о закономерности роста трещины в лонжероне в лопасти несущего винта вертолета Ми-8 RA-25617, в котором размер обнаруженной сквозной трещины составил около 10 мм. [c.643]

Скорость распространения усталостной трещины прямо пропорциональна раскрытию берегов усталостной трещины (см. главы 3-6). Поэтому минимальное раскрытие трещины соответствует минимальным скоростям роста трещины, которые могут быть реализованы в материале, использованном для изготовления изучаемого элемента конструкции. Применительно к алюминиевому сплаву АВТ, из которого изготавливают лонжероны лопастей, диапазон минимально возможных скоростей роста усталостной трещины составляет менее 10 м/цикл. Именно этот диапазон скоростей роста трещины, как показано выше, был выявлен в исследованном лонжероне лопасти вертолета Ми-8 RA-25617. В этом случае датчику-сигнализатору было достаточно для срабатывания, чтобы трещина проросла на полную длину около 20 мм но нижней полке, включая 10 мм ее сквозного роста. При этом закономерность формирования рельефа излома на этом этапе роста трещины свидетельствует о том, что предельное состояние еще не было достигнуто и она длительное время и далее могла бы развиваться в лонжероне. На это также указывают и результаты представленных оценок длительности роста сквозных усталостных трещин в различных сечениях лонжеронов. Этап развития сквозных трещин составляет не менее 70 полетов в самом нагруженном сечении лонжерона на относительном радиусе около 0,7 (см. 12.4, стр. 643). Различие же в оценках общей длительности роста [c.648]

Рис. 12.11. Сравнение зависимости шага усталостных бороздок 5 от длины а сквозной усталостной трещины в алюминиевых лонжеронах лопастей в эксплуатации на относительных радиусах лопастей 0,5 и 0,7. Данные о последнем полете вертолета указаны черными кружками

Это особенно наглядно видно из сопоставления периодов роста трещины в сечениях лонжерона на относительных радиусах 0,5 и 0,71. Расчеты на стадии формирования П-участка и усталостных бороздок показали, что длительность роста трещины составляет около 6,45 10 и 3,5 10 единичных циклов или 180 и 70 полетов вертолета для радиусов 0,5 и 0,71 соответственно. Следовательно, с переходом от относительного радиуса 0,085 к 0,71 длительность роста трещины в сечении лонжерона уменьшается почти в 4 раза. Это согласуется с расчетами лонжеронов на прочность. Наибольший уровень напряжений соответствует интервалу длины лопасти на относительных радиусах 0,55-0,7. [c.643]

Блоки усталостных линий отражают особенности регулярного повторения режимов нагружения лопастей от полета к полету и поэтому характеризуют регулярное нагружение лонжерона в процессе распространения усталостной трещины. Выполненные оценки числа блоков усталостных линий показывают, что они составляют для сквозной трещины около девяти, что соответствует девяти полетам вертолета с распространяющейся сквозной усталостной трещиной. Аналогичный [c.660]

Рис. 12.6. Зависимость шага h мезолииий усталостного разрушения, сформированных от полета к полету вертолета, от длины а сквозной усталостной трещины в лонжероне лопасти, сечение разрушения которого расположено на относительном радиусе лопасти 0,085

Лопасти несущих винтов вертолетов являются основным силовым элементом конструкции, разрушение которого в воздухе приводит к драматическим последствиям. Лонжероны лопастей изготавливают из алюминиевого сплава АВТ-1 и стали ЗОХГСА и 40ХН2МА. Подавляющее число не-силошностей лопастей, наблюдавшееся на вертолетах Ми-2, Ми-4 и Ми-8, было связано с возникновением и распространением усталостных трещин в лонжероне, изготавливаемом из алюминиевого сплава АВТ-1, который воспринимает основную внешнюю нагрузку. По химическому составу и механическим характеристикам Gq2 — (340-360) МПа и Q2 (420-550) МПа, материал всех исследованных лонжеронов соответствовал требованиям чертежа на алюминиевый сплав АВТ-1. [c.629]

Рис. 12.8. Общий вид (а) расположения выявленной трещины в лонжероне лопасти несущего винта вертолета Ми-8 в эксплуатации по срабатыванию датчика-сигпализатора и (б) схема сечения лонжерона с зоной усталостной трещины

В ходе изучения кинетики зарождения и развития усталостной трещины было показано, что к моменту последнего полета вертолета в лонжероне лопасти усталостная трещина протяженностью около 80 мм уже имела место при окончательной длине трещины около 110 мм и ее площади около 60 % по отнопгенню ко всему сечению лонжерона. Последний полет происходил при нестабильном развитии усталостной трещины, когда ее скорость существенно превышает указанную выше величину максимальной скорости стабильного роста трещины. Поэтому продвижение трещины было осуществлено на значительную длину, составившую около 20 мм (рис. 12.11). Причем характерно, что на относительном радиусе лопасти 0,5 процесс роста трещины шел менее интенсивно, чем на относительном радиусе лопасти 0,7. Из изменения параметров рельефа излома видно насколько близким к драматическому исходу было развитие усталостной трещины в лонжероне в последнем, коротком полете вертолета. Только в отдельных локальных зонах по сечению еще происходило устойчивое подрастание трещины. При частоте вращения лопасти 120 об/мин средняя скорость распространения усталостной трещины составила около 20/(10 X 120) = 1,6 10 м/цикл. Это на порядок больше, чем для максимальной скорости стабильного роста трещины в алюминиевых сплавах, что еще раз подтверждает драматический характер развивавшихся событий в последнем полете вертолета. [c.649]

Из анализа последовательности распространения усталостной трещины в лонжероне следует, что размер участка сквозного прорастания усталостной трещины составляет около 15 мм в каждую сторону от очага разрушения и распространение сквозной трещины характеризуется повторением блоков усталостных макро.т1иний, число которых в блоке возрастает в направлении роста трещины. Указанная закономерность свидетельствует о том, что режимы работы вертолета таковы, что имеет место некоторая, регулярно повторяющаяся от полета к полету, ситуация в режимах работы или маневрирования вертолета, когда имеет место резкое (кратковременное) возбз ждение колебаний в лопасти высокого уровня, что вызывает формирование усталостных линий. Сде.панное предположе- [c.659]

Представленный выше обзор имевших место ранее случаев выявления небольших по размеру трещин в лонжеронах лопастей НВ вертолета Ми-8 и результаты исследования развития усталостных трещин в лонжеронах вертолетов типа Ми-8МТВ показывают, что сквозные усталостные трещины выявляются датчиком-сигнализатором до достижения ими предельного размера. Поэтому есть основания считать, что в лопасти № 1 датчик сигнализатор зафиксировал наличие трещины, по крайней мере, еще до того, как был совершен последний полет, в котором произошел обрыв лопасти, т. е. трещину должны были выявить своевременно, хотя бы в предыдущем полете. [c.664]

Средняя продолжительность полетов вертолета в эксплуатации составляет около 30 мин, а частота приложения единичных нагрузок определяется частотой вращения винта лопасти 192 об/мин. В связи с этим окончательно получаем, что длительность роста трещины в лонжероне была не менее 49,5 ч или около 100 полетов. Представленная оценка не противоречит анализу макроскопической морфологии рельефа. На отдельных участках излома можно было наблюдать при небольшом увеличении бинокулярного микроскопа нерезкие усталостные линии. Там, где они наблюдались, было проведено сопоставление оценок числа полетов по усталостным бороздкам и по этим макролиниям. Оказалось, что расхождение в сопоставляемых оценках числа полетов не превышает 10 %. [c.642]

Реализуемая в нормальной. эксплуатации лопастей вертолетов семейства "Ми" система контроля герметичности лонжерона обеспечивает своевременное выявление в них усталостных трещин, распространение которых происходит под действием эквивалентного уровня напряжения, соответствующего расчетной величине. Вместе с тем введение в эксплуатацию все более совершенных конструкций вертолета типа Ми-8МТВ с более мощным двигателем потребовало дополнительной оценки не только закономерностей роста усталостных трещин в эксплуатации, но и эффективности срабатывания датчика-сигнализатора в связи с тем, что в эксплуатации имел место случай разрушения лопасти в полете. Сопоставление было проведено для двух сечений лопасти (случаи № 14, 15 в табл. 10.4), по одному из которых произошло раз- [c.658]

Упрочняющая поверхностная обработка деталей является одним из способов увеличения периода зарождения трещин при циклическом нагружении различных элементов конструкции. При такой обработке создаются остаточные сжимающие напряжения в поверхностном слое материала, что приводит к существенному повышению длительности периода зарождения усталостных трепщн в элементах авиационных конструкций. Это типичная ситуация для поверхности стоек шасси ВС, изготавливаемых из высокопрочных сталей, и лонжеронов лопастей несущих винтов вертолетов, изготавливаемых из алюминиевого сплава АВТ и стали ЗОХГСА. Поверхностная обработка влияет на перераспределение соотношения между длительностями периода распространения трещины и долговечностью. [c.65]

Выполненные измерения расстояний последовательно между мезолиниями, а далее между макролиниями показали, что в направлении роста трещины процесс их формирования являлся закономерным, отражающим ретулярные, повторяющиеся от полета к полету режимы нагружения лопастей (рис. 12.6). Это свидетельствует о том, что их появление имеет не случайный характер, а связано с регулярными повторениями по нагружению от полета полету. Такая регулярность соответствует только повторяющемуся блоку нагрузок от полета к полету. Следовательно, представленная закономерность нарастания расстояния между линиями соответствует нарастанию скорости роста трещины от полета к полету. Число усталостных линий характеризует число полетов вертолета в процессе распространения в лонжероне усталостной трещины. [c.641]

Сопоставление закономерности роста трещин в вертолетах серии Ми-6, Ми-8 и Ми-8МТВ свидетельствует еще об одном. Режимы нагружения лонжеронов вертолетов серии Ми-8МТВ характеризуются серией последовательно возникающих кратковременных перегрузок и относительно длительным периодом регулярного нагружения лопасти в полете, что приводит к формированию за каждый полет блока усталостных линий и гладкой площадки излома без усталостных линий. Это вызывает продвижение сквозной трещины за полет на значительную длину (от 1,5 мм), а суммарное развитие сквозной трещины может составлять около 10 полетов для наиболее нагру- [c.664]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...