Как испытывают самолеты на прочность

Создание любого самолёта — процесс длительный и сложный, результат совместных усилий огромного коллектива, множества подразделений и отделов. Авиационный комплекс Ильюшина, на ряду с опытно-конструкторским бюро, включает в себя и большое число структурных лабораторий, необходимых для проведения полноценных испытаний, в том числе и очень важных для будущего самолёта — испытаний на прочность конструкции.

В ходе статических и ресурсных испытаний натурных образцов опытных изделий расчетные выводы подтверждаются экспериментально. Испытания подтверждают правильность проектирования конструкции под заданные нагрузки, а вопрос о правильности определения нагрузок решается с помощью летных прочностных испытаний, которые проводят уже специалисты в ЛИИ с участием специалистов отделения. Сегодня поближе познакомимся именно с таким комплексом.

Встретил нас и провёл экскурсию заместитель начальника лаборатории комплекса прочностных испытаний «АК им С.В.Ильюшина», кандидат технических наук — Владимир Иванович Ткаченко … 2.

Владимир Иванович рассказал о видах прочностных испытаний, и конкретно о тех исследованиях, которые проводятся в этой лаборатории.

Существуют две самостоятельные дисциплины прочностных расчётов — расчёт прочности на статику и расчёт на ресурс. Статические испытания, при которых нагрузка на элементы планера превышает эксплуатационную в 1,5 раза. Нагрузка на крыло во время полёты превышает 1000 тон. Создать максимально приближенные условия конструкции за счёт напряжённого-деформированного состояния конструкции.

Эксплуатационная нагрузка при расчётах принимается равной 67% (это выходит из норм лётной годности). Если, к примеру, умножить эту величину на коэффициент безопасности (для расчётов принимается величина — 1,5, в которой учитывается ресурс планера) то как раз и получается 100% расчётная нагрузка, правда такая нагрузка никогда не возникает во время полёта … 3.

Крыло, как наиболее повреждаемая часть конструкции самолёта, подвергается испытаниям с расчётными нагрузками до 120%. Фюзеляж, хотя и имеет различные конструктивные вырезы и полости, и казалось бы должен иметь меньшую прочность, в полёте не подвержен таким нагрузкам, которые получает крыло. Поэтому для него достаточно испытаний со 100% нагрузкой … 4.

Этот Ил-76ТД (RA-76751), выпущенный в 1988 году, сначала летал в «Аэрофлоте» и успел налетать 2500 часов, а в 1994 году, после посадки на Ходынском поле, поступил в распоряжение ОКБ для установки и облёта новых двигателей ПС-90. Однако на эту машину двигатели так и не установили, и решено было оставить этот борт для испытаний на ресурс. Для этого была разработана специальная программа. По аналогичной программе сейчас проводятся и ресурсные испытания Ил-476 … 5.

Ил-76 изначально рассчитан на 20000 полётов. Но для того, чтобы обеспечить ему такие характеристики, необходимо было провести весь комплекс прочностных, а затем и ресурсных испытаний. А затем, и по сей день, продолжать проводить испытания уже для обеспечения продления ресурса … 6.

Именно такие исследования и выполняются в этой лаборатории. С самолёта убраны шасси. Самолёт подвешен под мощными балками на специальных подвесах, в которых включены и гидравлические цилиндры, способные создавать нагрузку в десятки тонн на элемент конструкции. Система автоматического слежения, разработанная совместно с ЦАГИ, позволяет стабилизировать подвеску и обеспечивать искомое полётное состояние.

Усилия этих гидравлических цилиндров пропорциональны их диаметрам. Нагрузка при помощи дополнительных балок и кронштейнов равномерно распределяется по элементам конструкции. На левом полуразмахе крыла оставлены пилоны под стандартные двигатели Д-30, в то время как на правом —  установлены пилоны и усиленные элементы конструкции и узлов крепления под двигатели ПС-90, которые тяжелее и мощнее 30-х … 7.

В среднем для определения ресурса принимают в расчёт полёт продолжительностью 3-4 часа и срок эксплуатации 20-25 лет. Эти величины подтверждаются в первую очередь. В дальнейшем, уже для увеличения ресурса, начинают проводить дополнительные испытания, которые могу длиться годами.  Обычно ресурс по состоянию материала (коррозия, усталость, износ) меньше, чем по полётам, и продлевать такой ресурс сложнее. Сейчас на летающие Ил-76 с двигателями Д-30 по результатам испытаний продлён ресурс до 10000 часов … 8.

Программный полёт длится обычно 20 минут и выполняется с полной нагрузкой на конструктивные элементы крыла и фюзеляжа ( нагрузки на крыло выполняются с коэффициентом надёжности 2 ). Крыло подвергается давлению и различным колебаниям при помощи воздействия гидравлических цилиндров. Нагрузка для расчёта суммируется со всех цилиндров. В завершающей стадии полёта на крыло воздействуют давящими нагрузками, имитирующими посадку. По программе, которая сейчас отрабатывается на 76-ой, необходимо выполнить 20000 таких полётов … 9.

При возникновении повреждений испытания останавливаются, и производится ремонт узла. После этого процесс испытаний возобновляется. Повреждения конструкции и отдельных элементов выявляются различными способами как визуальными (если большие) так и приборными (существует несколько специальных методик), способными найти даже минимальные трещины … 10.

Обычно чем дальше продлевается ресурс, тем больше вводится ограничений на эксплуатацию самолёта. Например ограничивают полёты по погодным условиям либо переводят с пассажирских рейсов на грузовые перевозки … 11.

Заглянули и во внутрь самолёта. Для создания нагрузки на полу в различных местах уложены кольцевые грузы … 12.

Место штурмана и вновь грузы на полу … 13.

По всему салону протянуты жгуты проводов от датчиков измерительной аппаратуры … 14.

Вид на крыло через иллюминатор, опутанное сетью балок, кронштейнов и проводов … 15.

Изучение внутренностей самолёта не обошлось и без внимательного местного «контролёра» ;) 16.

При обнаружении трещин их фиксирование или устранение возможно теперь и с помощью клеевых методов, так называемых «стопперов». Такие нововведения начались со времени создания и испытания крыла для Ил-86, которое при разработке потребовало иных, более высоких, прочностных характеристик … 17.

На сегодня в эксплуатации по всему миру находится ещё очень большое число Ил-76, в том числе и у зарубежных эксплуатантов, что в свою очередь требует проведения дополнительных исследований на ресурс. Поэтому данные виды прочностных испытаний по этой машине будут продолжаться и далее … 18.

Ниже — два новых пилона под двигатели ПС-90, переданные заводом для установки и проведения прочностных испытаний … 19.

Всё крыло увешано различными рычагами и противовесами, объединёнными в одну общую сложную систему … 20.

Из этой кабины, расположенной на высоте в несколько метров от пола, оператор осуществляет управление испытательными программами. Таких кабин в ангаре построено две … 21.

Ну а далее мы познакомились с ещё одним удивительным самолётом — деревянным полноразмерным макетом Ил-96-300, созданным в основном для решения задач по компоновке салона. 22.

На макете воссоздана даже часть крыла и двигатель … 23.

Не только салон, но и внешние особенности конструкции смоделированы достаточно подробно … 24.

Поднявшись на борт, первым делом заглядываем в кабину, ведь она тоже имеется в этом макете … 25.

Внутри, на первый взгляд, всё выглядит как в настоящем 96-м. Различия становятся заметны лишь при детальном рассмотрении. Для изготовления, в большинстве случаев, использовалось дерево и фанера. Хотя, местами, установлены и настоящие элементы облицовки салона … 26.

Салонов, как и в настоящем Иле, несколько. Свободного места внутри предостаточно. Говорят, что этот макет был использован и при разработке внутреннего оборудования салона президентского Ил-96 … 27.

На кадре ниже — 103-я машина (пятиместный Ил-103), которая уже прошла весь объём испытаний, и находится теперь тоже в этом отделе, приютилась рядом со своей старшей сестрой … 28.

И в завершении, ещё один общий вид на лабораторию … 29.