В программу испытаний самолётов включаются все случаи нагружения, предусмотренные требованиями к прочности и являющиеся расчетными для основных частей самолёта.
Статические испытания самолёта проводятся, как правило, до 100% расчетных нагрузок или до разрушения. Прочность тех панелей и элементов конструкции самолёта, для которых расчет показывает существенное влияние повышенных температур, проверяется статическими испытаниями, как с нагревом, так и без нагрева.
Во всех случаях, когда возможны усталостные разрушения, требуется испытывать конструкции на динамические нагрузки. Динамическим испытаниям подвергают элементы конструкции самолёта, которые испытывают переменные нагрузки: шасси, крыло, оперение, узлы крепления двигателя, фюзеляж и т. д.
При летных испытаниях определяют фактические величины нагрузок и деформаций самолета, закон распределения внешних сил, специальными исследованиями выявляют склонность конструкции к опасным вибрациям. Испытания на вибрацию обычно носят контрольный характер, т. е. либо выясняют скорость начала вибраций, либо проверяют, чтобы во всем диапазоне скоростей полета, включая и максимальную, не наступали опасные вибрации. Летные испытания проводятся на этапах проектирования в конструкторских бюро, сертификации в государственном Летно-испытательном институте, выпуска на серийном заводе-изготовителе, освоении новой авиационной техники на авиапредприятиях. Кроме этого имеются самолеты-лидеры (летающие лаборатории), на которых проводятся испытания на гарантийный ресурс.
Ресурсом называется наработка от начала эксплуатации или ее возобновления после ремонта до прекращения или приостановки эксплуатации.
Наработка – это продолжительность эксплуатации самолёта в полёте и наземных условиях, выражаемая в часах налёта, числе полётов/посадок или других единицах.
После заводских, государственных и эксплуатационных испытаний самолёт проходит сертификацию – установление соответствия типа самолёта, его двигателей и оборудования действующим нормам лётной годности.
Нормы лётной годности – это документ, содержащий государственные требования к гражданским ВС, их двигателям и оборудованию по безопасности полётов в ожидаемых условиях и особых ситуациях.
Ожидаемые условия эксплуатации – это условия, включающие в себя область расчетных условий, определенных Нормами летной годности, эксплуатационных ограничений, а также рекомендуемых режимов полёта, установленных для данного типа самолёта при его сертификации.
Особая ситуация – это ситуация, возникающая в полёте в результате воздействия неблагоприятных факторов или их сочетаний и приводящая к снижению безопасности полёта.
По степени опасности особые ситуации разделяются на:
– усложнение условий полёта;
– сложную ситуацию;
– аварийную ситуацию;
– катастрофическую ситуацию.
Планер самолета
Крыло
Крыло является важнейшей частью самолета и служит для создания подъемной силы.
Кроме того, крыло обеспечивает поперечную, а на самолетах бесхвостовой схемы также продольную устойчивость и управляемость самолета. К крылу часто крепятся стойки шасси, могут крепиться двигатели. Внутренние его объемы используют для размещения топлива.
Под внешней формой крыла подразумевают его вид в плане и спереди, а также форму его поперечного сечения (профиль). Для современных самолетов характерно применение крыльев различных внешних форм.
Внешние формы крыла оказывают влияние не только на аэродинамические, весовые и прочностные характеристики крыла, но и на характеристики всего самолета в целом.
Профилем крыла называется форма сечения его плоскостью по набегающему потоку воздуха.
Наибольшее распространение получили двояковыпуклые несимметричные профили. С ростом числа М полета для крыльев применяются более тонкие профили, с меньшей кривизной, меньшим радиусом закругления носка и наименьшей толщиной.
Отрезок прямой, соединяющий две наиболее удалённые точки профиля, называется хордой профиля.
Относительная максимальная толщина профиля определяется формулой
Профили, у которых относительная толщина больше 12%, применяются до скоростей М = 0,7; от 7 до 12% – при М = 0,8—1,5; менее 7% – для крыльев самолетов, летающих на больших сверхзвуковых скоростях (М> 1,5). Уменьшение относительной толщины профиля с ростом числа М является эффективным средством снижения волнового сопротивления крыла.
Недостатком тонких профилей является уменьшение их несущей способности и строительной высоты крыла. Это усложняет получение хороших взлетно-посадочных характеристик, затрудняет обеспечение необходимой прочности и жесткости без значительного увеличения массы крыла, а также размещение топлива и агрегатов.
Геометрическими характеристиками крыла в плане являются: форма в плане, удлинение, сужение, стреловидность.
Удлинение крыла определяется как отношение квадрата размаха крыла к его площади.
Увеличение удлинения ведет к увеличению аэродинамического качества крыла, но уменьшает его жесткость. У современных самолетов удлинение крыла лежит в пределах от 2 до 10.
Аэродинамическое качество определяется как отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению или дальности планирования к высоте полета, на которой произойдет отказ всех двигателей:
Сужение крыла определяется как отношение корневой хорды к концевой хорде.
Сужение лежит обычно в пределах от 2 до 4,5. Увеличение сужения ведет к уменьшению массы крыла, но повышает склонность к концевым срывам потока, особенно на больших углах атаки.
Стреловидность крыла определяется углом, замеряемым между линией фокусов (1/4 хорд) и перпендикуляром к плоскости симметрии ВС.
Все многообразие крыльев самолетов по форме в плане может быть сведено к трем основным типам: прямые, стреловидные, треугольные [2]. Каждый тип крыла имеет разновидности.
Прямые крылья характеризуются малым (до 15) углом стреловидности, могут быть прямоугольной либо трапециевидной формы в плане.
Прямые крылья широко применяют на самолетах, летающих при скоростях М <0,65. Они отличаются значительным удлинением (7,5—12) и сравнительно толстым профилем.
Стреловидные крылья широко применяют на самолетах, летающих на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Увеличение числа М требует увеличения стреловидности, уменьшения удлинения и относительной толщины. В то же время стреловидные крылья по сравнению с прямыми имеют меньшие значения коэффициентов подъемной силы, что ухудшает взлетно-посадочные характеристики самолета.
Треугольные крылья применяют на самолетах больших сверхзвуковых скоростей. Они имеют стреловидность по передней кромке более 60 градусов, малое удлинение (1,5—2) и большое сужение. Треугольные крылья обладают основными достоинствами стреловидного крыла. В то же время из-за малого аэродинамического качества самолеты с треугольными крыльями имеют плохие взлетно-посадочные характеристики.
На виде спереди крыло характеризуется углом, который называется углом поперечного V и образуется плоскостью хорд консоли крыла и перпендикуляром к плоскости симметрии самолета. Этот угол оказывает влияние на поперечную устойчивость и может меняться в пределах от минус 7 до плюс 7 градусов.
Придание крылу положительной V-образность увеличивает его поперечную устойчивость, отрицательной – уменьшает.
Прямым крыльям, как правило, придается положительное поперечное V. Стреловидные крылья имеют отрицательное поперечное V для уменьшения слишком большой поперечной устойчивости на больших углах атаки, вызванной стреловидностью.
Крылья типа «чайка» и «обратная чайка» уменьшают сопротивление в результате благоприятной интерференции крыла с фюзеляжем, но более сложны в производстве.
Крыло, обеспечивая создание практически всей подъемной силы, является высоконагруженной частью самолета. К основным нагрузкам крыла относятся аэродинамические и массовые силы.
Аэродинамическая нагрузка возникает в результате взаимодействия крыла с воздушным потоком и является распределенной.
Равнодействующие погонной аэродинамической нагрузки приложены по линии центров давления крыла.
Массовые нагрузки – это силы тяжести и инерции масс конструкции самого крыла, топлива, грузов и агрегатов, расположенных внутри или прикрепленных к нему снаружи. Инерционные силы возникают при появлении ускорений в криволинейных полетах, при полете в болтанку или при ударе о землю во время посадки.
Погонные массовые нагрузки конструкции крыла распределяются по размаху так же, как и его масса. Равнодействующие погонных массовых сил приложены по линии центров тяжести крыла, которую можно считать проходящей через точки, лежащие на 42—45% хорд от носка крыла.