Срок эксплуатации

[Skyer]

Приветствую!
Подскажите, пожалуйста, неспециалисту - какой срок экпслуатации композитного ЛА? Как происходит дефектация напряженных узлов?
Визуально?
Почему спрашиваю:
Знаю случай, когда один "авиационный производитель" отправил свой аппарат из города... эээ.. N-ска в Москву на выставку. Вместо того, чтобы поставить фюзеляж на ложементы, поставил его на автотележку просто на шасси, отстыковав крылья. Опоры шасси, по-моему, из титанового прутка, но это не главное. В результате, путем тысячекратных колебаний "вверх-вниз" (российские дороги...), в местах крепления стоек на фюзеляже появились трещины. Быстренько замазав все это безобразие, авантюрист выставил самолет на продажу.
Как уберечься от такого?
Сколько будет служить новый композитный самолет? Какие места особо критичные?
Спасибо.

 

[pilot29]

Бережнее надо относиться к технике и тщательнЕе к технологии!

Одна известная Российская самолетостроительная фирма возила на проверку с завода на полигон радиопрозрачные обтекатели (в народе "конуса") для экспортных истребителей .
В результате перевозки (автомобильный транспорт, по дорогам общего пользования) один конус был поврежден.
Руководитель подразделения, занимавшегося организацией превозок геройски хотел взять всю вину на себя (дескать, виноваты, плохо закрепили конус в ложементах, накажите нас, пожалуйста!), но человек, занимавшийся на фирме качеством, подошел к вопросу более глубоко и стал копать.
В результате раскопок было выяснено, что во время выпекания указанного конуса был нарушен температурно-временной режим.

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Композитные ВС эксплуатируются достаточно длительное время. Есть большое количество образцов, летающих по 15-20 лет и более. Композитные материалы не подвержены усталости, не боятся коррозии. Боятся ультрафиолета, но окрашивание защищает материал от деградации. При транспортировке желательно устанавливать ВС на родные шасси т.к. они должны быть расчитаны на удары. Установка на ложементы не всегда приводит к хорошим последствиям. Если в месте крепления шасси произошло расслоение/разрушение, значит там была заложена конструкторская проблема.

Какие простые методы применяются для оценки композитной конструкции:
Внешний осмотр окраски. Как правило окраска разрушается в случае разрушения композитной основы под ней.
"Quarter dollar test"  ;D В переводе на русский простукивание четвертушкой доллара по конструкции. Используется для определения внутренних расслоений в сендвичной конструкции. При расслоении часть крыла/фюзеляжа на простукивании начинает звучать глухо. Метод простой, действенный.... и недорогой  ;D. Можно конечно напрячь большую лабораторию для оценки, но как правило это не требуется.
При подозрении на разрушение под окраской, она снимается и проводится визуальный осмотр конструкции. Если она побелела и стала матовой - необходим ремонт. Оценивать композит в общем проще усталости металла  .

 

[Skyer]

Позвольте не согласиться насчет транспортировки на родных шасси. Действительно, они расчитаны на удары, но... как у всякой конструкции, из условия прочности, у них есть количество циклов безопасной эксплуатации. В "больших серийных" аэропланах есть ресурс по посадкам.
В единичных экземплярах... да сами знаете, как дело обстоит.
Так зачем сокращать ресурс эксплуатации этого узла?

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Ну это как сказать  . Если стойки композитные, пущай дрыгаются. Если что-то металлическое и хлипенькое, пусть уж на земле развалится  ;D. У больших действительно есть ограничение по посадкам, но на мелочи этого может и не быть или очень большое число. А вот если Вы поставите на ложементы, то минимум краску поцарапать можно, да и не всякий ВС на ложементы можно легко установить и на них протрясти без последствий для обшивки. Ноги у самолета как раз и ПРЕДНАЗНАЧЕНЫ для восприятия ударной нагрузки, но обшивка зачастую НЕТ (краска тем более). Кроме того за копыта проще крепить к поверхности платформы, а как надежно на ложементах раскрепить  ??? Что еще чуть не упустил - когда самолет стоит на своих ногах у него работают амортизаторы, не считая амортизации самих колес, а вот если раскрепиться на ложементах - удар по обшивке будет передаваться напрямую в корпус и причем не самое крепкое место.
Ну и закатывать/скатывать безусловно БЕЗОПАСНЕЕ, когда он на своих колесах стоит уже.

Убедил ?

 

[Skyer]

Повторюсь, я не специалист в композитных конструкциях, потому и спрашивал про срок эксплуатации.
Но все-таки, почти все известные мне аппараты из композитов весят, ну... кг 500 сухого веса. (Вообще, есть такие аэропланы более 1 тонны?).
При грамотном устройстве ложементов и правильном распределении нагрузки, повреждения и всякие царапины, думаю,  возможно избежать.
А мой первый опыт общения с композитами как раз и был - эти трещины в местах крепления стоек.
Про 15-20 лет ясно, а сам материал может потерять свои свойства, если слой краски не нарушен? Только расслоение?

 

[pilot29]

Ложементы обычно ставятся под усиленные места конструкции (шпангоуты).
Белые (пластиковые) планера при перевозке также разбирают и укладывают в специальные прицепы.
При этом консоли и оперение (стабилизатор и руль высоты) как раз крепится в ложементах.
Про фюзеляж точно не помню, но учитывая, что у планера, как правило, только два колеса (основное и хвостовое), дополнительные крепления у фюзеляжа также присутствуют.
Возят планера, в принципе, на достаточно большие расстояния, но больше в Европе и Штатах, а дороги там, как известно, несколько лучше наших ;D ;D, хотя и не везде (в Польше, например, местами в асфальте накатаны очень глубокии колеи).

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Срок эксплуатации большой.
Насчет более тонны - "SpaceShipOne" и его носитель "White Knight". Немаленькое композитное сооружение Рутана. Да много их существует в мире, которые потяжелее тонны будут. Грамотное устройство ложементов довольно непростая задача   на колесах проще и АМОРТИЗАЦИЯ работает. Потом вспомните еще про торможение и разгон в движении. Если изделие тяжелое, его будет волочить туда-сюда, и получить царапины или натиры на краске реальная вещь, а колесам ничего не будет, они для этого ПРЕДНАЗНАЧЕНЫ. Композит состоит из стекла и связующего. Стеклу с течением времени собственно ничего не грозит, а связующее при правильной защите также очень долговечно. Ну и еще всё это ремонтируется не сложными методами если разломали. По планерам просто деваться некуда т.к. они на 2-х колесах (или одном) не устойчивы и без ложементов его устойчиво поставить просто невозможно, вот и делают от безнадеги  . Трехколеске ложементы не нужны. Шасси как раз на шпангоуты перевязаны так что упираться ложементами в шпангоуты и лишаться халявных амортизационных свойств шасси не имеет никакого смысла.
У меня сейчас идет очень активная работа с шасси и для вывешивания самолета в цеху мы закрепились на точках крепления крыльев в центральном лонжероне и на ПГО самолет "подвесили" и можно отрабатывать гидравлику уборки/выпуска шасси. Как только закончим, сразу на ноги поставим. С ложементов слезли, как только финишная краска была уложена. Она конечно крепкая, но уж больно перекрашивать не хочется в случае чего. Постараюсь сюда фотку выложить, чтобы показать другое крепление, но для перевозки оно не годится, только для сборки и отладки шасси.

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Забыл добавить, уточнить  
Ломается часто не там, где не прочно, а там где не гнется. Так вот, в нашем случае шасси гнутся/амортизируют и демпфируют удар, а ложементы передадут всю силу удара на фюзеляж. Да и заменить шасси гораздо дешевле/проще чем перетряхивать фюзелях (еще и на мотораму/движок этот удар будет передаваться). Именно по этой причине шасси должны быть устроены (спроектированы) таким образом, чтобы гасить удары при разбеге/пробеге. Если они будут слишком жесткими - поломается самолет. Исходя из этого трудно понять как ложементы могут сбречь ВС при перевозке лучше, чем специально разработанный для этого механизм шасси.

Ну и крайнее   При перевозке ВС на любые расстояния не нужно гнать так, как будто пытаешься взлететь. Скорости 30-50 км/час вполне приемлемы для покрытия необходимых расстояний, а на них можно отлично контролировать неровности дорожного полотна.

 

[Skyer]

Спасибо, по поводу перевозки более-менее понятно.
Что скажите о белой окраске композитных аппаратов? Это связано только с отражающей способностью белого покрытия, недопускающей нагрева поверхности? Слышал цифру - 40 градусов. А как же тогда они живут во всяких африках?
Можно ли красить другой краской, к примеру серебристым металликом? На свойства композита это будет влиять?

 

[pilot29]

Як-52 (дюралевый, как известно), с завода в контейнере тоже приходил на шасси, только ложном (основные стойки-то на отстыкованных консолях), и на нем тоже присутствовала амортизация (резиновая).

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Окраска композитных самолетов изготовленных по технологии "moldless" и из сендвичей (эти конструкции содержат внутри пенопласт) должна быть светлой. Можно серебристой, можно белой для того, чтобы температура внутри не превышала 80-85 градусов Цельсия. Небольшие участки (номера, символика, эмблемы) могут быть более темных тонов, но небольшой площади. Под крыльями и брюшко могут быть хоть чёрными. По аналогии с высказыванием Генри Форда - "композитный самолет может быть любого цвета, при условии, что этот цвет БЕЛЫЙ"  . Композиты летают от экватора до северов без особого напряга.

 

[EVA]

Появление трещины в районе крепления стоек шасси в конструкции фюзеляжа из композита (КМ) - это или конструкторская ошибка, или недостаток технологии сборки, или превышение допустимых нагрузок при испытаниях и в эксплуатации.
К сожалению, расчёт на прочность конструкций из КМ связан с необходимостью закладывать существенные запасы прочности в элементы, воспринимающие состедоточенные нагрузки.
 И прочность, и долговечность композита определяются не только рабочим сечением силовой конструкции, но и технологическими факторами: процентным объемным содержанием волокон и матрицы (связующего), составом связующего (количественным соотношением смолы, пластификатора и отвердителя), температурой и влажностью, при которых происходил процесс отверждения связующего, продолжительностью и уровнем температур процесса термостатирования готовой конструкции, эффективностью защиты конструкции от попадания влаги в композит в условиях эксплуатации, механическое эксплуатационное воздействие (деформации, истирание, эррозия) особенно в местах с малыми радиусами (углы, кромки, отверстия крепления).
 Про термостатирование (т-е). Процесс т-я обеспечивает выпаривание легких фракций, в том числе и влаги, из КМ. Тем-ра т-ия не постоянна: от 85 град.С до макс. 110 град. С. Продолжительность т-я от 8 до 12 часов. Т-е  обеспечивает равномерную релаксацию напряжений на границе волокно-матрица, что предоствращает появлением микротрещин на указанной границе в эксплуатации и увеличивает срок службы композита. Т-е производится при отсутствии эксплуатацонных нагрузок и деформаций (фюзеляж, консоли крыла, оперение устанавливают в ложементах).
 Шкаф для т-я изготовляют из фанеры оклееной изнутри фольгой.  Нагрев - ТЭНами с защитными экранами от направленного излучения, включенными через реастат-регулятор.
 О покраске. Потрогав рукой поверхность КМ, окрашенную в белый и темный цвет, можно ощутить существенную разницу температур участков конструкции наружного слоя обшивки! Температурная "аномалия" не влияет на прочность конструкции в целом, но оказывает влияние на прочность лакокрасочного покрытия (ЛКП) при деформациях. Растрескивание ЛКП - это открытие доступа влаги в композит и снижение долговечности и прочности конструкции ОБШИВКИ.
Тонкие не трехслойные обшивки окрашенные темной краской проводят тепловое излучениев в герметичные отсеки. Давление внутри герметичных отсеков повышается и обшивка на этих участках "вспучивается". Косметически это выглядит неприятно. Так было на "Элитаре" на рулях направления, которые к тому же не были подвергнуты термостатированию.

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Термостатирование  ???
Всё очень сильно зависит от используемой эпоксидки. Есть эпоксидки, которые и через длительное время могут "потечь" при перегреве, но в основном эпоксидки встают намертво. Термообработка не снимает никаких внутренних напряжений. Откуда там этому взяться  ??? и конечно не выпаривается  ничего, особенно в закрытых формах ;D Термообработка применяется при процессе отверждения эпоксидок, которым в силу их химической реакции это необходимо..... И ВСЁ. Никакого шаманства. Есть эпоксидки, которые полностью проходят процесс отверждения в холоде. Обязательно необходимо консультироваться с производителем эпоксидки для уточнения правильного технологического процесса. Не шаманьте, а соблюдайте инструкцию  . Некоторые эпоксидки теряют свои прочностные свойства от быстрого прогрева и нагрев нужно производить медленно с выдержками по времени на определенных температурах в несколько этапов.

Прочность конструкции расчитывается предварительно, ну а затем только фактические испытания......

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Ну и всякие "неприятные" места. Углы заделываются радиусами, и только сверху формируется острый (относительно) угол из композита с рубленным стекловолокном/хлопком и др. Отверстия снабжаются алюминиевой/стальной втулкой с накаткой и они также вклеиваются на композит с наполнителем. При грамотном построении конструкции особых проблем в переходах на металл и не только, нет  .

 

[Хboct]

Если в смоле нет легких фракций, то их и не надо выпаривать, они не оставят вместо себя микропоры и т.д.
Полиэфирки, содержащии тучу стиролов, дают усадку несколько  %.
К примеру матрицу крыла автомобиля  ;D, увело за год на непростительную величину. Теперь народ собирается все матрицы многократного применения переделывать из эпоксидки с 1472 отвердителем  8)

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Абсолютно верно! В отвердитель иногда добавляют стирол, как разжижитель. Он ооочень медленно выходит в течение всего срока эксплуатации и оставляет эти самые дырки. Выпарить быстро невозможно принципиально. Другие типы не имеют подобных растворителей и не страдают этими проблемами. В любом случае необходимо консультироваться у производителя.