В России выяснили, как вмятины от ударов птиц сокращают срок службы деталей самолетов
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) выяснили, насколько серьезно вмятины от ударов птиц сокращают срок службы деталей самолетов. В частности, срок службы авиационных деталей из стеклопластика после таких инцидентов сокращается в 14 раз — примерно с 14 лет до 1 года. Об этом сообщает ТАСС со ссылкой на данные Минобрнауки РФ.
"Стеклопластик широко используют в авиации — он легкий, недорогой и не ржавеет. Но при ударах камней, града или птиц на нем появляются вмятины и царапины. Существующие методы контроля фиксируют дефект, но не могут предсказать, сколько еще прослужит поврежденная деталь. Конструкторы закладывают завышенные запасы прочности, из за чего самолеты получаются тяжелее, тратят больше топлива и сильнее загрязняют воздух, а перелеты становятся дороже. Ученые Пермского политеха впервые комплексно изучили, как царапины и вмятины влияют на прочность и долговечность стеклопластика. Результаты помогут точнее определять, когда деталь нужно менять, а когда можно эксплуатировать дальше, экономя ресурсы без потери безопасности", — сообщили в министерстве.
В ходе испытаний деталей с царапинами и вмятинами на реальных нагрузках, возникающих в авиации, исследователи выяснили, что царапины почти не влияют на прочность: образец с царапиной порвался при той же нагрузке, что и целый. А вмятины от ударов камней, града или птиц оказались гораздо опаснее: слабая вмятина снизила прочность на 17%, средняя — на 25%, сильная — на 30%.
"Это значит, что если целая деталь была рассчитана на нагрузку 100 кг, то с сильной вмятиной она выдержит только 70 кг. При этом царапины и вмятины не снизили жесткость материала: поврежденный образец сопротивлялся изгибу так же, как целый. Это важный и тревожный вывод: если проверять деталь на упругость (например, пытаясь согнуть), нельзя заметить, что она повреждена. Деталь может казаться исправной, но на самом деле ее ресурс уже снижен", — рассказала старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ, кандидат технических наук Анастасия Лыкова.
Также, когда образцы многократно нагружали и разгружали, имитируя взлеты и посадки, целый образец выдержал больше 5 000 циклов. Царапина сократила ресурс почти наполовину - до 2800 циклов. А образец с сильной вмятиной выдержал всего 368 циклов, что на 93% меньше, чем у целого. Так, по словам исследователей, деталь с сильной вмятиной служит в 14 раз меньше. "Если целая деталь проработает 14 лет, эта сломается через год", — пояснили в университете.
Кроме того, выяснилось, что слабая вмятина сильнее всего вредит при долгой спокойной работе, когда нагрузок много, но они небольшие, как у пассажирского самолета, который летает каждый день. В таком режиме деталь со слабой вмятиной выдерживает в четыре раза меньше циклов, чем целая. Сильная вмятина, напротив, опаснее при резких перегрузках, когда нагрузок мало, но каждая очень сильная, как у военного истребителя. Здесь деталь с сильной вмятиной выдерживает в 50 раз меньше циклов, чем со слабой.
В Минобрнауки РФ отмечают, что результаты этих исследований позволят инженерам точнее определять допустимые пределы повреждений. Они могут опираться на количественные оценки: сколько именно циклов выдержит деталь с конкретным дефектом при конкретном режиме эксплуатации. Это дает возможность снижать вес самолетов, а значит, расход топлива и выбросы, а также продлевать реальный срок службы деталей. Исследование пермских ученых было выполнено при поддержке Российского научного фонда.
