Nghiên cứu phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay

- BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ NGUYÊN CƯỜNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TIÊU HAO TUỔI THỌ THỰC TẾ CỦA KẾT CẤU MÁY BAY Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.
- Trong quá trình nghiên cứu, tôi được Lãnh đạo, Chỉ huy Viện Kỹ thuật Phòng Không - Không Quân, phòng N/C Máy bay Động cơ, Phòng N/C Thiết bị hàng không quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian cũng như các trang thiết bị thí nghiệm, cung cấp tài liệu, giúp đỡ thực hiện các thí nghiệm trong Phòng thí nghiệm của Viện.
- Tôi được Cục Kỹ thuật Phòng không - Không quân, Trung đoàn 910, Trường sĩ quan Không quân Nha Trang cung cấp tài liệu về máy bay, khai thác máy bay và số liệu thống kê các chuyến bay.
- 7 Các ký hiệu sử dụng.
- 12 Chương I: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
- 17 1.1 Những khái niệm chung về tuổi thọ máy bay và kết cấu máy bay.
- 17 1.2 Phương pháp xác định tuổi thọ của kết cấu máy bay trong hệ thống khai thác hiện hành.
- 22 1.3 Một số khái niệm về mỏi và mỏi gỉ kết cấu máy bay.
- 27 1.4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu lĩnh vực độ tin cậy và tuổi thọ kết cấu máy bay.
- 36 1.5 Tổng quan về nghiên cứu giải mã các tham số bay trên hệ thống kiểm tra khách quan của máy bay.
- 39 1.6 Tổng quan về máy bay và kết cấu máy bay L-39.
- 40 1.7 Kết luận chương I.
- 42 Chương II: Xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay.
- 44 2.1 Sự cần thiết phải xây dựng phương pháp.
- 44 2.2 Cơ sở khoa học để xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay.
- 45 2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao tuổi thọ các phần tử kết cấu máy bay.
- 46 2.2.2 Cơ sở và khả năng đánh giá các yếu tố điều kiện sử dụng ảnh hưởng đến tuổi thọ kết cấu máy bay.
- 54 5 Trang 2.3 Nội dung cơ bản của phương pháp và bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế.
- 56 2.4 Các giả thiết để giải bài toán tiêu hao tuổi thọ thực tế.
- 58 2.5 Một số yêu cầu để áp dụng phương pháp.
- 61 Chương III: Xác định tần số tải lặp lên kết cấu máy bay.
- 62 3.2 Phương pháp mô phỏng để xác định tần số tải lặp lên kết cấu.
- 65 3.3 Sử dụng hệ thống kiểm tra khách quan DTS-39-12 để xác định tần số lặp của tải lên phần tử kết cấu máy bay.
- 73 3.3.3 Chương trình tính tần số tải lặp lên phần tử kết cấu.
- 75 3.4 Kết quả phân tích, xác định tần số tải lặp lên phần tử kết cấu máy bay 77 3.5 Kết luận chương III.
- 79 Chương IV: Xác định độ bền mỏi gỉ của phần tử kết cấu máy bay 80 4.1 Đặt vấn đề.
- 80 4.2 Phương pháp nghiên cứu.
- 86 4.4 Kết quả thí nghiệm xây dựng các đường cong mỏi gỉ.
- 89 4.5 Sử dụng đồ thị các đường cong mỏi để tính toán số chu kỳ phá hủy mỏi gỉ kết cấu.
- 98 Chương V: Chương trình tính toán và kết quả.
- 100 5.3 Các bước tính toán chương trình.
- 101 5.4 Kết quả tính toán.
- 114 7 CÁC CHỮ VIẾT TẮT BDKT - Bảo dưỡng kỹ thuật BQP - Bộ Quốc phòng CNTT - Công nghệ thông tin ĐTC - Độ tin cậy ĐTCSD - Độ tin cậy sử dụng HK-VT - Hàng không Vũ trụ HKDD - Hàng không dân dụng HKQS - Hàng không quân sự KCB - Khí cụ bay KHCN - Khoa học công nghệ KHKT - Khoa học kỹ thuật KTHK - Kỹ thuật hàng không KTSD - Khai thác sử dụng MBĐC - Máy bay động cơ NVKT - Nhân viên kỹ thuật NCS - Nghiên cứu sinh PK-KQ - Phòng không - Không quân QĐNDVN - Quân đội nhân dân Việt Nam SCDP - Sửa chữa dự phòng SSCĐ - Sẵn sàng chiến đấu THTTTT - Tiêu hao tuổi thọ thực tế TTBKT - Trang thiết bị kỹ thuật TTKT - Trạng thái kỹ thuật TTNĐVN - Trung tâm nhiệt đới Việt Nga VKTBKT - Vũ khí trang bị kỹ thuật VKTPK-KQ - Viện kỹ thuật Phòng không - Không quân VTĐT - Vô tuyến điện tử VKTQS - Viện kỹ thuật quân sự VN - Việt Nam 8 CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG Ktt - Hệ số tiêu hao tuổi thọ thực tế ki - Mức tải, bằng tỷ số giữa ứng suất tải sử dụng với ứng suất tải phá hủy mtb(t.
- Số hỏng hóc trung bình sau thời gian t n - Số lượng máy bay khai thác sử dụng ni - Số chu kỳ của tải nyi tác động lên kết cấu nx - Hệ số quá tải dọc ny - Hệ số quá tải đứng nz - Hệ số quá tải ngang Ni - Số chu kỳ phá hủy của tải lặp mức nyi Pađ - Độ tin cậy ấn định của kết cấu P(t.
- Xác suất làm việc không hỏng sau thời gian t Pi - Nồng độ chất ăn mòn Tđk - Tuổi thọ giữa các lần bảo dưỡng định kỳ Ttb - Tuổi thọ trung bình Ttt - Tuổi thọ thực tế To - Nhiệt độ C ti - Thời gian hoạt động đến hỏng hóc ttb - Thời gian trung bình hoạt động đến hỏng hóc X(t.
- Cường độ hỏng hóc tt - Cường độ phá huỷ mỏi thực tế của kết cấu ad - Cường độ phá huỷ mỏi ấn định của kết cấu i - Hệ số ảnh hưởng của điều kiện khí hậu vùng khai thác máy bay f(t.
- Hệ số tin cậy, tính đến độ tản mạn của kết quả thử nghiệm mỏi, độ chính xác số liệu thống kê và tính toán về độ bền mỏi.
- DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Một số số liệu về máy bay và kết cấu máy bay L-39 40 Bảng 2.1 Mức độ ăn mòn khí quyển đối với hợp kim D16AT, tính bằng mg 49 Bảng 3.1 Tần số lặp của tải cho bài bay cơ động cao 77 Bảng 3.2 Tần số tải lặp cho bài bay cơ động trung bình 78 Bảng 3.3 Tần số tải lặp cho bài bay cơ động thấp 78 Bảng 4.1 Thành phần hóa học và giới hạn bền của hợp kim nhôm D16AT và B95 81 Bảng 4.2 Hệ số ảnh hưởng i ở các vùng khí hậu 94 Bảng 4.3 Số chu kỳ phá huỷ mỏi của phần tử kết cấu 97 Bảng 4.4 Số liệu so sánh kết quả tính chu kỳ phá hủy mỏi 97 Bảng 5.1 Kết quả tính toán cho bài bay cơ động thấp (nymax= 1,8) 104 Bảng 5.2 Kết quả tính toán cho bài bay cơ động trung bình (nymax= 2,6) 104 Bảng 5.3 Kết quả tính toán cho bài bay cơ động cao (nymax DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Qui luật phân bố mật độ hỏng hóc trong khai thác theo định kỳ 25 Hình 1.2 Sơ đồ quá trình khai thác theo định kỳ có hiệu chỉnh theo độ tin cậy sử dụng 26 Hình 1.3 Kết cấu cánh máy bay L-39 42 Hình 2.1 Mức độ gỉ của mẫu hợp kim nhôm D16AT có độ dày 2 mm 49 Hình 2.2 Tần số lặp tích hợp của tải đối với các bài bay 52 Hình 3.1 Biểu đồ hệ số quá tải đứng ny của kết cấu máy bay trong một chuyến bay 65 Hình 3.2 Quá trình mô phỏng theo phương pháp cực đại 67 Hình 3.3 Quá trình mô hình hoá theo phương pháp cực trị 68 Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống KTKQ DTS-39-12 72 Hình 3.5 Giao diện phần mềm 73 Hình 3.6 Bảng chọn các tham số cần giải mã 73 Hình 3.7 Kết quả giải mã khách quan dạng đồ thị 74 Hình 3.8 Kết quả giải mã khách quan dạng bảng dữ liệu 74 Hình 3.9 Thuật toán chương trình tính tần số lặp của tải lê phần tử kết cấu 74 Hình 3.10 Giao diện phần mềm tính tần số tải lặp 77 Hình 3.11 Tần số lặp tích hợp của tải lên kết cấu máy bay L-39 của 3 bài bay đặc trưng 79 Hình 4.1 Mẫu thử tự nhiên 84 Hình 4.
- 2 Mẫu thí nghiệm mỏi gỉ 85 Hình 4.3 Máy thử mỏi gỉ MG-01 và MG-02 của PTN Viện Kỹ thuật PK-KQ 86 Hình 4.4 Đường cong mỏi của hợp kim D16AT trong môi trường không khí và trong dung dịch 3,5% NaCl 89 11 Trang Hình 4.5 Đường cong mỏi của hợp kim D16AT với các mức độ gỉ.
- chiều dày) 90 Hình 4.6 Đường cong mỏi D16AT ở sân bay Bạch Mai sau 2 năm và 3 năm 91 Hình 4.7 Đường cong mỏi D16AT ở sân bay Yên Bái sau 1 năm và 3 năm 91 Hình 4.8 Đường cong mỏi của D16AT sau 1 năm tại Nha Trang, Đà Nẵng và Tân Sơn Nhất 92 Hình 4.9 Đường cong mỏi của D16AT sau 2 năm tại Bạch Mai và Yên Bái 92 Hình 4.10 Đường cong mỏi D16AT có phủ chất ức chế và không có chất ức chế 93 Hình 4.11 Đường cong mỏi D16AT có bảo quản lau chùi và không bảo quản 93 Hình 5.1 Lưu đồ thuật toán của chương trình 100 Hình 5.2 Các bước tính toán của chương trình 101 Hình 5.3 Giao diện phần mềm với bài bay cơ động cao 102 Hình 5.4 Giao diện phần mềm với bài bay cơ động thấp 103 12 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Cho đến nay hệ thống khai thác máy bay của Quân chủng Phòng không - Không quân (PK-KQ), Quân đội nhân dân Việt Nam (QĐNDVN) chủ yếu vẫn được tổ chức theo phương pháp định kỳ với chế độ khai thác sử dụng và bảo dưỡng, sửa chữa….theo những quy định của Liên Xô (trước đây) và CHLB Nga ngày nay [28].
- Các chế độ, nội dung và khối lượng công tác kỹ thuật được thực hiện theo mức độ tiêu hao dự trữ kỹ thuật và tuổi thọ của máy bay.
- Tuổi thọ của máy bay và định kỳ bảo dưỡng, sửa chữa kỹ thuật được qui định theo hai thông số chính: giờ bay và niên hạn sử dụng.
- Khi một trong hai thông số đó đến giới hạn quy định thì phải dừng khai thác máy bay để đưa vào bảo dưỡng, sửa chữa hoặc thanh lý.
- Thông thường đối với các nước tiên tiến, có hệ thống khai thác hợp lý, tuổi thọ theo giờ bay và theo niên hạn tiêu hao đồng đều, khi máy bay hết niên hạn sử dụng thì đồng thời cũng được khai thác hết giờ bay.
- Tuổi thọ máy bay theo giờ bay và niên hạn sử dụng do Nhà sản xuất máy bay ấn định.
- Giá trị đó được tính toán phù hợp với điều kiện khai thác ở nước sản xuất.
- Khi máy bay đó được đưa vào khai thác sử dụng ở Việt Nam, do điều kiện khai thác sử dụng có đặc điểm khác biệt so với điều kiện ở nước sản xuất nên tiêu hao tuổi thọ thực tế cũng sẽ khác [47].
- Hệ thống khai thác máy bay theo định kỳ hiện hành của Quân chủng PK-KQ đã phát huy hiệu quả tốt trong nhiều thập kỷ qua.
- Tuy nhiên, ngày nay nó cũng bộc lộ nhiều bất cập, ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác sử dụng máy bay.
- Bất cập lớn nhất là mâu thuẫn giữa tiêu hao tuổi thọ theo giờ bay và theo niên hạn.
- Đối với phần lớn các máy bay trong Quân chủng PK-KQ, tiêu hao tuổi thọ theo giờ bay thường chậm hơn so với tiêu hao tuổi thọ theo niên hạn.
- Do khó khăn về điều kiện đảm bảo và kế hoạch huấn luyện bay, phần nhiều các máy bay hết hạn sử dụng, trong khi dự trữ giờ bay vẫn còn 30% đến 40%.
- Tuy đã tiến hành tăng hạn sử dụng trên cơ sở đánh giá kỹ thuật của từng máy bay theo các khoảng thời gian nhất định, song toàn bộ hệ thống khai thác máy bay hiện nay vẫn cơ bản dựa trên nguyên tắc khai thác theo định kỳ [28,29].
- 13 Vì vậy, việc đưa ra khái niệm tiêu hao tuổi thọ thực tế, hay là giờ bay quy đổi, trong đó bao hàm ảnh hưởng của yếu tố giờ bay và yếu tố niên hạn sẽ góp phần giải quyết bất cập nêu trên.
- Tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay là tuổi thọ có tính đến ảnh hưởng của điều kiện khai thác sử dụng thực tế.
- Nó đã tính đến ảnh hưởng của các yếu tố giờ bay và niên hạn nên nó không cần tách ra thành tuổi thọ theo giờ bay và tuổi thọ theo niên hạn riêng biệt.
- Đặc trưng của điều kiện khai thác máy bay ở Việt Nam là khí hậu nhiệt đới ẩm.
- Tác động của điều kiện môi trường, khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, tạp chất trong không khí…) lên vật liệu của máy bay làm tăng tiêu hao tuổi thọ do gỉ, mỏi gỉ và già hoá.
- Do chương trình huấn luyện bay, sức khỏe, trình độ và kỹ thuật lái của phi công, chế độ chịu tải của máy bay cũng khác so với điều kiện thiết kế của Nhà sản xuất, dẫn đến tiêu hao tuổi thọ thực tế của máy bay cũng sẽ khác so với ấn định.
- Đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố này, sẽ xác định được tiêu hao tuổi thọ thực tế của máy bay.
- Đề tài “Nghiên cứu phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay” được tiến hành với hy vọng góp phần vào việc giải quyết những vấn đề nêu ra ở trên.
- Mục tiêu và nội dung chính của luận án Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay, vận dụng phương pháp này cho phần tử kết cấu máy bay L-39 là loại máy bay huấn luyện chiến đấu, đào tạo phi công của Quân chủng PK-KQ.
- Tổng quan về tuổi thọ kết cấu máy bay và các vấn đề nghiên cứu liên quan.
- Xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay và các yêu cầu cần thiết của nó.
- Xác định tần số tải lặp lên phần tử kết cấu máy bay, làm dữ liệu đầu vào bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế.
- Xác định độ bền mỏi gỉ của phần tử kết cấu bằng thực nghiệm, làm dữ liệu đầu vào bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế.
- 14 - Lập chương trình và tính toán tiêu hao tuổi thọ thực tế cho phần tử kết cấu.
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luấn án là kết cấu máy bay nói chung, trong đó chọn phần tử vỏ bọc chịu lực mặt dưới gốc cánh máy bay L-39 để khảo sát vá áp dụng phương pháp tính toán.
- Phần tử trên được chọn làm đối tượng nghiên cứu là vì: Qua khảo sát, đây là phần tử làm từ vật liệu D16AT (Д16AT), chịu tải mỏi kéo xung.
- Phần tử này cũng đặc trưng cho các phần tử kết cấu máy bay chiến đấu, có tính cơ động cao, hệ số quá tải tác dụng lên kết cấu của nó thay đổi từ -1 đến 6.
- Phần tử này nằm gần trọng tâm máy bay nên có thể lấy các số liệu về tải ghi trong “hộp đen” máy bay.
- Theo phân tích sơ đồ chịu lực, đây là phần tử chịu ứng suất kéo lặp lớn do ở vùng này, mô men uốn cánh khi máy bay cơ động là lớn nhất.
- Theo phân tích điều kiện chịu tác động của môi trường khí hậu, đây là phần tử nằm ở vùng có độ ẩm cao, chịu tác động trực tiếp của môi trường khí hậu và bụi bẩn bắn lên từ đường băng cất hạ cánh.
- Theo thống kê hỏng hóc từ đơn vị sử dụng và nhà máy A41 Quân chủng PK-KQ khi kiểm tra hỏng hóc tại đơn vị và sửa chữa tại nhà máy đã phát hiện phần tử này bị gỉ và có vết nứt từ mép đinh tán.
- Trong khuôn khổ luận án, vì chưa thể tính toán định lượng cụ thể nên chưa thể kết luận đây là phần tử “yếu nhất” của kết cấu.
- Tuy nhiên phương pháp tính toán tiêu hao tuổi thọ thực tế (THTTTT) áp dụng cho phần tử này có thể áp dụng cho các phần tử khác kể cả phần tử “yếu nhất” khi tìm thấy.
- Phạm vi nghiên cứu: Chỉ tiêu đánh giá trạng thái kỹ thuật của kết cấu máy bay bao gồm: độ bền tĩnh, độ bền động, độ ổn định, độ tin cậy, độ bền lâu, tuổi thọ mỏi, tuổi thọ mỏi gỉ, độ bền chịu rung, lắc, đàn hồi khí động, các tham số tới hạn.
- Phạm vi nghiên cứu của luận án được giới hạn là xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của phần tử kết cấu có tính đến ảnh hưởng của điều kiện chịu tải lặp (mỏi) và môi trường, khí hậu, niên hạn sử dụng (gỉ).
- Trong khuôn khổ luận án, bài toán xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu áp dụng cho đối tượng là phần tử vỏ bọc chịu 15 lực mặt dưới gốc cánh máy bay L-39.
- Nó cũng có thể được áp dụng để tính toán các phần tử khác của kết cấu máy bay.
- Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện được các nội dung của đề tài, phương pháp được thực hiện trong luận án là tiến hành khảo sát thực tế hệ thống khai thác máy bay hiện hành, phân tích làm rõ ưu, nhược điểm của phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ của các phương pháp khai thác đó.
- Xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ phù hợp với hoàn cảnh Việt Nam.
- Lập bài toán và chương trình tính toán, thực nghiệm phục vụ cho cho việc thực thi phương pháp.
- Ảnh hưởng của chế độ chịu tải (bài bay và kỹ thuật lái của phi công) lên tiêu hao tuổi thọ kết cấu máy bay được đánh giá bằng phân tích số liệu của hệ thống kiểm tra khách quan hay còn gọi là “hộp đen” lắp trên máy bay.
- Ảnh hưởng của điều kiện môi trường khí hậu, niên hạn sử dụng lên tiêu hao tuổi thọ kết cấu máy bay được đánh giá bằng thực nghiệm mẫu phần tử kết cấu trên máy thử mỏi gỉ của Phòng thí nghiệm máy bay thuộc Viện Kỹ thuật PK-KQ, xây dựng các đường cong mỏi cho phần tử kết cấu trong các điều kiện khai thác.
- Để có số liệu phục vụ xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay, đã tiến hành khảo sát thực tế tại Trung đoàn Không quân 910, nơi đang khai thác máy bay huấn luyện L-39 là loại máy bay cơ động, huấn luyện chiến đấu và đào tạo phi công, phân tích số liệu giải mã của hệ thống kiểm tra khách quan ghi lại các tham số của các chuyến bay, tập trung phân tích tần số lặp của quá tải đứng ny.
- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Luận án đã đề xuất và xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay.
- Đề tài đã góp phần giải quyết mâu thuẫn giữa tiêu hao tuổi thọ theo giờ bay và theo niên hạn trong hệ thống khai thác máy bay hiện hành.
- Kết quả đề tài có thể tham khảo cho khai thác máy bay quân sự, làm cơ sở để tăng hạn sử dụng máy bay của Quân chủng PK-KQ Việt Nam, đồng thời cũng là tiền đề tiến tới việc khai thác 16 kết cấu máy bay theo trạng thái, khi tiêu hao tuổi thọ thực tế được xem như một trong những tham số trạng thái của các phần tử kết cấu.
- Những đóng góp mới của luận án - Luận án đã đề xuất và xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay.
- Đây là phương pháp phù hợp và khả thi cho điều kiện khai thác máy bay quân sự ở nước ta.
- Thông thường, số liệu tự ghi của hệ thống kiểm tra khách quan trên máy bay (hộp đen) được sử dụng cho mục đích giảng bình sau khi bay, kiểm tra bay và điều tra tai nạn.
- Luận án đã sử dụng số liệu này để phân tích chế độ chịu tải lặp của máy bay, xác định tần số lặp của tải, làm dữ liệu đầu vào cho bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế của máy bay.
- Bằng thực nghiệm, xác định số chu kỳ phá hủy mỏi gỉ của phần tử kết cấu và đưa hệ số ảnh hưởng của điều kiện môi trường khí hậu vào bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế.
- Lập được bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế của phần tử kết cấu máy bay và tìm được phương pháp giải bài toán đó.
- Chương I: Tổng quan những vấn đề nghiên cứu.
- Chương II: Xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay.
- Chương III: Xác định tần số tải lặp lên kết cấu máy bay.
- Chương IV: Xác định độ bền mỏi gỉ của phần tử kết cấu máy bay.
- Chương V: Chương trình tính toán và kết quả.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt