Luận án Nghiên cứu phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay - Lê Nguyên Cường

Lời cam đoan . 2

Lời cảm ơn . 3

Các chữ viết tắt 7

Các ký hiệu sử dụng 8

Danh mục các bảng . 9

Danh mục các hình vẽ, đồ thị . 10

Mở đầu . 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 .

545

Trang

2.3 Nội dung cơ bản của phương pháp và bài toán tính tiêu hao tuổi thọ

thực tế .

55

2.4 Một số yêu cầu để áp dụng phương pháp 57

2.5 Kết luận chương II . 59

Chương III: Xác định tần số tải lặp lên kết cấu máy bay 60

3.1 Đặt vấn đề 60

3.2 Phương pháp mô phỏng để xác định tần số tải lặp lên kết cấu . 63

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 . . . 68

3.3.1 Giới thiệu hệ thống . 68

3.3.2 Hệ thống chương trình và sản phẩm giải mã khách quan . 70

3.3.3 Chương trình tính tần số tải lặp lên phần tử kết cấu . . 71

3.4 Kết quả phân tích, xác định tần số tải lặp lên phần tử kết cấu máy bay 75

3.5 Kết luận chương III . 77

Chương IV: Xác định độ bền mỏi gỉ của phần tử kết cấu máy bay 78

4.1 Đặt vấn đề 78

4.2 Phương pháp nghiên cứu . 79

4.3 Thiết bị thử mỏi gỉ . 84

4.4 Kết quả thí nghiệm xây dựng các đường cong mỏi gỉ . . 87

4.5 Sử dụng đồ thị các đường cong mỏi để tính toán số chu kỳ phá hủy

mỏi gỉ kết cấu . 91

4.6 Kết luận chương IV . . 96

Chương V: Chương trình tính toán và kết quả . 97

5.1 Cơ sở xây dựng chương trình . 97

5.2 Lưu đồ thuật toán của chương trình phần mềm . 98

5.3 Các bước tính toán chương trình . 99

5.4 Kết quả tính toán . 101

5.5 Kết luận chương V . 1026

Trang

Kết luận chung . . 104

Tài liệu tham khảo . 106

Danh mục các công trình đã được công bố . 111

Phụ lục . 112

pdf112 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 360 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay - Lê Nguyên Cường, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ỹ, Nga đã tiến hành một số thử nghiệm độ bền cho tổng thể kết cấu, nhưng các công trình này rất tốn kém, công phu và cũng chỉ kết luận được cho một dạng kết cấu cụ thể và nội suy cho các kết cấu tương tự. Một số chương trình chế tạo máy bay quy mô lớn như hãng Boing (Mỹ), Aerospecial (Pháp) và Micaian, Sukhoi (Nga) đã sử dụng một số máy bay thử nghiệm (gọi là máy bay “đầu đàn”) khai thác trước với cường độ cao hơn cho tới hỏng để xác định tuổi thọ cho các máy bay “đàn em”. Ngày nay, để có thể xác định sơ bộ tuổi thọ của kết cấu máy bay, nhất là đối với các máy bay thiết kế mới, người ta chấp nhận giả thuyết tuổi thọ khâu yếu nhất, nội dung cơ bản nhất của giả thuyết này là tìm ra khâu yếu nhất của kết cấu và lấy tuổi thọ tổng thể kết cấu bằng tuổi thọ khâu yếu nhất. Với giả thuyết này tuổi thọ kết cấu có giá trị nhỏ nhất, tuy về mặt kinh tế, nó sẽ bị lãng phí nhưng về mặt an toàn, nó bảo đảm cho độ tin cậy sử dụng cao. Trong khuôn khổ luận án này, sẽ xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế kết cấu máy bay và áp dụng phương pháp tính toán cho một phần tử tiêu biểu. Phương pháp này có thể áp dụng để tính toán cho các phần tử khác của kết cấu. Khi chưa có đủ cơ sở để xác định phần tử yếu nhất thì chúng ta có thể tiến hành tính toán cho một số phần tử tiêu biểu, mang tính đại diện để so sánh, tìm khâu yếu nhất. Phần tử vỏ bọc gốc cánh (mặt dưới) được luận án chọn làm đối tượng khảo sát vì theo tính toán sức bền của một số công trình liên quan, đây là phần tử chịu kéo xung có biên độ ứng suất kéo cao, phần tử này nằm ở dưới gốc cánh, chịu tác động trực tiếp của môi trường ẩm và bụi bẩn từ đường băng cất hạ cánh gây gỉ vật liệu kết cấu. Vì vậy đây là phần tử có thể đại diện cho chế độ tiêu hao tuổi thọ kết cấu do mỏi và gỉ kết hợp. 46 Cơ sở khoa học để xây dựng phương pháp là sự đánh giá định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao tuổi thọ thực tế của phần tử kết cấu máy bay. Khi xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế, vẫn dựa trên cơ sở tuổi thọ ấn định (giờ bay và niên hạn sử dụng) mà Nhà sản xuất đã quy định cho từng máy bay. Tuổi thọ ấn định đã được Nhà sản xuất quy định trên cơ sở tính toán, thực nghiệm và lấy giá trị trung bình theo quy luật phân bố hỏng hóc trong điều kiện khai thác ở nước họ. Tiêu hao tuổi thọ thực tế được xác định trên cơ sở xét ảnh hưởng của điều kiện khai thác như chế độ chịu tải, điều kiện môi trường khí hậu và niên hạn sử dụng lên tuổi thọ thực tế của kết cấu. Về tổng thể, tiêu hao tuổi thọ thực tế hay còn gọi là giờ bay quy đổi của kết cấu máy bay được xác định theo công thức tổng quát sau: τtt = τ. Ktt (2.1) Trong đó: τtt - tiêu hao tuổi thọ thực tế hay là giờ bay quy đổi; τ - giờ bay; Ktt - hệ số quy đổi tiêu hao tuổi thọ thực tế, xét đến ảnh hưởng các yếu tố của điều kiện khai thác. 2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao tuổi thọ kết cấu máy bay Tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay phụ thuộc vào một số yếu tố trong đó có một số yếu tố cơ bản sau đây: - Điều kiện môi trường khí hậu nơi khai thác máy bay và niên hạn sử dụng; - Chế độ chịu tải của kết cấu trong quá trình khai thác sử dụng (nội dung các bài bay và kỹ thuật lái của phi công gây ra). Dưới đây tiến hành phân tích một số ảnh hưởng chính của các yếu tố nêu trên. 2.2.1.1 Ảnh hưởng các yếu tố môi trường, khí hậu đến tuổi thọ kết cấu máy bay a. Đặc điểm môi trường, khí hậu Việt Nam 47 Nước ta nằm ở khu vực Đông Nam Á, trong kinh tuyến từ 102o đến 1100 và vĩ tuyến từ 8o đến 240, có bờ biển chạy dài suốt đất nước. Với điều kiện địa lý như vậy, khí hậu nước ta có những đặc trưng khá phức tạp và đa dạng, khác rất xa so với điều kiện khí hậu ở các nước chế tạo máy bay mà chúng ta hiện đang sử dụng. Điều này có ảnh hưởng lớn đến khả năng và hiệu quả của khai thác máy bay ở nước ta 8. Kỹ thuật hàng không được khai thác ở nước ta là vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, nên mang những nét đặc thù riêng. Về mặt địa lý, nước ta tuy hẹp nhưng chiều dài lớn, trải dài trên nhiều vùng khí hậu khác nhau dọc theo bờ Biển Đông. Miền Bắc ẩm ướt quanh năm, chênh lệch nhiệt độ giữa các mùa khá lớn. Theo số liệu thống kê độ ẩm tuyệt đối trung bình là 20g/m3, độ ẩm tương đối trung bình là 85%, vùng núi lên tới 90% - 95 %. Miền Nam nắng nóng quanh năm nhưng độ ẩm thấp hơn. Điều này cũng nói lên độ bền mỏi gỉ của hợp kim nhôm đối với từng vùng khí hậu sẽ rất khác nhau [9]. Sân bay của ta được xây dựng trên khắp các miền của đất nước. Các sân bay như Yên Bái, Kép ở vùng núi Miền Bắc, quang năm có độ ẩm cao. Đặc biệt ở sân bay Yên Bái, độ ẩm tương đối trung bình năm là 97% - 99%. Các sân bay ở gần thành phố như Đà Nẵng, Tân Sơn Nhất, Nội Bài, Nha Trang, Biên Hòa ngoài tác động của khí hậu ẩm nhiệt đới còn chịu tác động của khí thải công nghiệp. Các sân bay ở các tỉnh Miền Trung như Vinh, Thanh Hóa, Đà Nẵng chịu tác động của gió mùa đông bắc, gió nóng tây nam và mưa bão thường xuyên xảy ra. Những sân bay ở vùng Nam Trung Bộ như Phù Cát, Tuy Hòa, Nha Trang, Cam Ranh, Phan Rang gần biển, nhiệt độ cao, độ ẩm thấp nhưng chịu môi trường gió biển mang theo muối NaCl gây gỉ, đặc biệt đối với kim loại và hợp kim [30,34]. b. Ảnh hưởng của môi trường, khí hậu Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến độ bền kết cấu máy bay được giải quyết bằng phương pháp thực nghiệm, thử nghiệm tự nhiên về ăn mòn khí quyển và thử mỏi gỉ trên máy thử. Kết quả thử nghiệm được tổng hợp dưới dạng đồ thị hoặc các biểu thức toán học. Theo 27, tiến hành thử nghiệm bằng cách rải mẫu thử tự nhiên từ vật liệu D16AT và B95 (vật liệu chính của kết máy bay) ở các vùng 48 sân bay có khí hậu đặc trưng như: vùng núi, vùng thành phố, vùng bờ biển. Kết quả thử nghiệm tự nhiên cho phép xây dựng đồ thị tốc độ ăn mòn khí quyển theo độ giảm khối lượng m(g/m2) = f(t); tốc độ phát triển chiều sâu vết gỉ: h(mm) = f(t) hoặc tốc độ xuất hiện số điểm gỉ trên bề mặt: k(đ/m2) = f (t). Các mẫu thử tự nhiên sau khi đã xác định mức độ gỉ, được đem thử phá huỷ mỏi gỉ trên thiết bị thử mỏi gỉ để xây dựng các đường cong mỏi gỉ của chúng. Các công trình nghiên cứu trong nhiều năm qua đã công bố các kết quả nghiên cứu về ăn mòn khí quyển ở các vùng của nước ta. Kết quả công bố của các công trình này chủ yếu dựa và kết quả thử tự nhiên. Theo 47 tổn thất gỉ của kim loại tính bằng khối lượng có thể xác định bằng công thức: M = 𝑘𝑜 𝛼 (1 − 𝑒−𝛼𝜏) + 𝑘′𝜏 (2.2) Trong đó: k0 - tốc độ phá hủy ban đầu khi chưa có sản phẩm gỉ trên bề mặt. α - hệ số phụ thuộc vào tính chất bảo vệ của lớp sản phẩm gỉ; k’- tốc độ phá hủy lớp sản phẩm gỉ dưới tác động của môi trường. Đối với nhôm và hợp kim nhôm k’≈0 vì sản phẩm gỉ ban đầu là oxit nhôm có tính bảo vệ bề mặt cao. Trên cơ sở phân tích điều kiện môi trường khí hậu nước ta và mức độ ảnh hưởng của chúng đến độ bền và tuổi thọ kết cấu, có thể phân chia thành 3 vùng khí hậu đặc trưng là: vùng miền núi, vùng thành phố và vùng ven biển. Đặc trưng của khí hậu miền núi là có độ cao so với mực nước biển, sương mù nhiều, nhiệt độ trung bình hàng năm không cao, độ ẩm thay đổi nhiều theo các mùa trong năm, độ nhiễm bẩn không khí thấp. Đặc trưng của vùng khí hậu thành phố là nồng độ bụi và khí thải như SO2, CO cao, nhiệt độ trung bình năm cao còn vùng khí hậu ven biển thì đặc trưng của nó là không khí có chứa nồng độ Cl- cao, có tác hại ăn mòn cao, nhất là đối với hợp kim nhôm. Nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Việt Nam 9,27,33,47 đã công bố kết quả nghiên cứu ăn mòn khí quyển theo các vùng I (vùng núi), vùng II (thành phố công nghiệp), vùng III (ven biển) ở các khía cạnh, thời hạn và mức độ khác nhau. Công trình 47 đã tổng hợp số liệu rời rạc từ các công trình đã công bố và được kết quả như trong bảng 2.1 và trên đồ thị hình 2.1. 49 Bảng 2.1 Mức độ ăn mòn khí quyển đối với hợp kim D16AT, tính bằng mg/m2 47 Vùng ko α Thời gian τ, năm 1 5 10 15 20 I 0,88 0,24 0,78 2,56 3.32 3,56 3.64 II 8 0,42 6,53 16,74 18,76 19.01 19,05 III 1,8 0 1,8 9 18 27 36 Mức độ ăn mòn khí quyển đối với hợp kim D16AT, tính bằng độ sâu vết gỉ (% chiều dày vật liệu) thể hiện trên hình 2.1 Hình 2.1 Mức độ gỉ của mẫu hợp kim nhôm D16AT có độ dày 2mm 47 I- Vùng núi, II- vùng thành phố, III- vùng ven biển Các số liệu về đánh giá mức độ gỉ của hợp kim nhôm theo thời gian và theo vùng khí hậu là cơ sở để đánh giá tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay sẽ nêu ở các phần sau. Qua những phân tích về điều kiện khí hậu Việt Nam và ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến tuổi thọ của máy bay ở trên, ta có thể rút ra kết luận sau: - Tuổi thọ của máy bay phụ thuộc rất lớn vào điều kiện khai thác sử dụng, chế độ bảo quản, bảo dưỡng kỹ thuật. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 5 10 15 20 % độ dày Năm II III I 50 - Trong quá trình khai thác sử dụng trước những tác động của điều kiện môi trường, thì việc thực hiện đúng quy trình khai thác cũng như các chế độ bảo quản của những người làm công tác kỹ thuật là rất quan trọng, nó là yếu tố đảm bảo cho máy bay duy trì được tuổi thọ như các nhà thiết kế mong muốn. Việc nghiên cứu định hướng khai thác máy bay theo trạng thái cần phải dựa vào những phân tích khoa học về điều kiện khí hậu của từng vùng, từng mùa, tuỳ theo chủng loại máy bay mà đề ra những quy trình khai thác, bảo dưỡng, kiểm tra cho phù hợp. 2.2.1.2 Ảnh hưởng của chế độ bay Đối với các máy bay huấn luyện và chiến đấu, chế độ bay được xác định bằng nội dung các bài bay theo giáo trình huấn luyện chiến đấu. Trong các bài bay, tùy thuộc vào yêu cầu huấn luyện và chiến đấu, chúng được tập hợp một loạt các động tác điều khiển máy bay từ phi công như: cất cánh, bay vòng bằng, bổ nhào, lên gấp, lao xuống, vòng chiến đấu, lộn lên, lộn xuống, bay bằng, hạ cánh Chế độ bay của máy bay quyết định chế độ chịu tải của kết cấu máy bay trong quá trình sử dụng. Khi bay, kết cấu máy bay bị tác động bởi nhiều dạng tải: tải tĩnh do khối lượng kết cấu máy bay, động cơ, các thiết bị lắp lên máy bay, hành khách, hàng hoá mà máy bay chuyên chở và tải khí động do cơ động máy bay, thay đổi tốc độ, độ cao, do ảnh hưởng của gió và nhiễu động không khí Điều này được ghi lại trên phim hoặc băng tự ghi của hệ thống kiểm tra khách quan lắp trên từng máy bay với các tham số về tải như: quá tải ngang nz, quá tải đứng ny và quá tải dọc trục máy bay nx. [32] Đặc điểm của tải lên kết cấu máy bay là chúng luôn thay đổi theo thời gian và lặp đi lặp lại trong khi bay. Biên độ và tần số lặp của tải lên kết cấu đối với các bài bay huấn luyện khác nhau sẽ khác nhau. Cùng một bài bay huấn luyện các phi công có trình độ bay khác nhau cũng sẽ khác nhau. Vì vậy chế độ bay quyết định đến tải tác động lên kết cấu và có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền và tuổi thọ kết cấu. 51 Tải thường xuyên thay đổi theo thời gian và lặp đi lặp lại tác động lên kết cấu máy bay làm cho chúng bị phá huỷ do mỏi. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm như nước ta, quá trình mỏi khi bay xảy ra đồng thời với quá trình ăn mòn do khí hậu thì tốc độ suy giảm độ bền và tuổi thọ sẽ tăng do tác động đồng thời của quá trình mỏi và gỉ. Ảnh hưởng của chế độ bay đến tiêu hao tuổi thọ thực tế kết cấu máy bay rất phức tạp vì chế độ bay quyết định quá trình phá huỷ mỏi đối với các phần tử kết cấu. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm thì quá trình mỏi và gỉ luôn luôn tác động tương hỗ lẫn nhau phát triển, các vết nứt do quá trình mỏi gây ra đã tạo điều kiện thuận lợi cho nước, ôxy và các chất gây gỉ thấm vào chiều sâu vật liệu, kích thích quá trình gỉ không chỉ xảy ra trên bề mặt vật liệu mà cả từ bên trong vật liệu. Tuỳ thuộc vào nội dung bài bay mà quá tải đứng tác dụng lên kết cấu có thể thay đổi từ -1 đến 6. Điều đáng quan tâm là tải lên kết cấu luôn thay đổi theo thời gian và lặp đi lặp lại nhiều lần. Tần số lặp và quy luật lặp đi lặp lại của tải phụ thuộc rất nhiều vào nội dung bài bay cũng như điều kiện khí tượng, trạng thái đường băng cất hạ cánh. Qua phân tích phim tự ghi XARPP-12 cho thấy quá tải lên kết cấu máy bay luôn luôn thay đổi với các bài bay khác nhau: phổ tải do phim ghi được cũng hoàn toàn khác nhau [11]. Qua các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực phá huỷ mỏi cho thấy tuổi thọ của kết cấu phụ thuộc vào ứng suất max, ứng suất trung bình và tần số lặp của tải. Do vậy có thể thấy rõ một cách khái quát rằng đối với các chế độ bài bay khác nhau thì chế độ tải khác nhau và do đó tuổi thọ mỏi thực tế của kết cấu sẽ khác nhau. Ví dụ: Khi máy bay thực hiện bài bay vòng kín, bay đường dài thì quá tải lên kết cấu chỉ thay đổi trong giới hạn từ 11,5 trong khi đó đối với các bài bay cơ động phức tạp, tấn công mặt đất... quá tải có thể thay đổi trong giới hạn lớn hơn từ -1 đến 6 và tần số lặp của tải cũng khác nhau (Hình 2.2) [44]. Ngoài các chế độ bay của máy bay, khi thực hiện các động tác cơ động như thay đổi độ cao, tốc độ bay, tốc độ của gió, tải khi hạ, cất cánh chạy đà trên đường băng gồ ghề cũng có tác động lên kết cấu của máy bay. Theo kết quả các công trình nghiên cứu thì tần số lặp của quá tải khi thực hiện các bài bay khác nhau trên cùng một máy bay phụ thuộc rất lớn vào chế độ bay ( Hình 2.2). 52 Như vậy, chế độ bay ảnh hưởng rất lớn đến tiêu hao tuổi thọ của kết cấu, vì vậy nếu chỉ tính tiêu hao tuổi thọ theo thời gian bay mà không tính đến chế độ bay mà máy bay đã bay trong thời gian đó sẽ chưa thực sự đánh giá chính xác trạng thái kỹ thuật thực tế của kết cấu máy bay. Trong hệ thống khai thác sử dụng hiện nay, phương pháp thống kê tuổi thọ kết cấu máy bay chủ yếu dựa vào số giờ bay, không tính đến bài bay mà máy bay đó thực hiện, tính chất môi trường, vùng hoạt động... Cách thống kê đó mang tính chất trung bình hoá và đơn giản tiện lợi trong việc thống kê. Đối với điều kiện sử dụng ở các nước khác, như Nga, cho phép một máy bay có thể thực hiện hầu hết các loại bài bay thì phương pháp thống kê đó có thể chấp nhận được với sai số nằm trong giới hạn cho phép. Để khai thác máy bay theo trạng thái, đòi hỏi phải đánh giá được tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay, ảnh hưởng của chế độ bay đối với tuổi thọ kết cấu và phương pháp thống kê tiêu hao tuổi thọ để có thể tính đến ảnh hưởng của các điều kiện sử dụng. Điều này rất có ý nghĩa thực tế đối với điều kiện sử dụng của Không quân Việt Nam để tiến tới khai thác máy bay theo trạng thái. Hình 2.2 Tần số lặp tích hợp của tải đối với các bài bay 44 1. Công kích mục tiêu trên không; 2. Trinh sát thời tiết; 3. Bay vòng kín; 4. Bay đường dài; 5. Bay không vực động tác đơn giản; 6. Đánh chặn; 7. Tấn công mục tiêu mặt đất; 8. Bay không vực động tác phức tạp. 0 0,1 1 10 100 fi(l/g) 1 2 3 4 5 6 7 8 ny 1 2 3 4 5 6 7 8 53 2.2.1.3 Ảnh hưởng của trình độ và kỹ thuật lái máy bay của các phi công Phi công là người trực tiếp điều khiển máy bay hoạt động ở trên không. Các động tác lái của họ đều tạo nên các tải nhất định lên kết cấu. Theo số liệu ghi được trên thiết bị kiểm tra khách quan thì với các phi công có trình độ khác nhau, phổ tải lên kết cấu máy bay cũng khác nhau. Đối với bài bay của các học viên tập lái, do các động tác chưa thuần thục, phổ tải lên kết cấu khác so với các bài bay của các phi công cấp cao, khi thực hiện cùng bài bay nhưng động tác của họ thuần thục hơn và gây tải lên kết cấu cũng nhỏ hơn [47]. Các công trình nghiên cứu về đặc thù lao động bay của phi công cho thấy lao động bay là một trong những dạng lao động đặc biệt nặng nhọc. Những yếu tố chính xác định tính đặc thù của lao động bay là vận tốc bay cao, các sự kiện và trường hợp bay xảy ra rất nhanh chóng, thời hạn xử lý sự cố ngắn, nhịp độ hoạt động cao, quá tải lớn và thay đổi liên tục, tâm lý căng thẳng, v.v... Việc phân cấp trình độ và cấp phi công được dựa trên chất lượng, trình độ và kinh nghiệm thực hiện nội dung các bài bay, xử lý và phản ứng của phi công trước các tình huống xảy ra trong khi bay. Hiện nay trong lực lượng không quân Việt Nam, kỹ thuật lái của phi công không đồng đều. Kỹ thuật lái của phi công được phân thành 3 cấp (cấp I, cấp II và cấp III) và phi công học viên (chưa có cấp) [11]. Để đánh giá ảnh hưởng của kỹ thuật lái của phi công lên tiêu hao tuổi thọ thực tế của máy bay, cần tiến hành phân tích số liệu về tải ghi lại của hệ thống kiểm tra khách quan lắp trên máy bay để xác định tần số tải lặp của nhiều chuyến bay của nhiều phi công có cấp khác nhau. Tần số tải lặp trung bình lên kết cấu máy bay do phi công một cấp nào đó thực hiện được xác định theo công thức: 1 1 n i i i tcp t i i t n f t      (2.3) Trong đó: ti – thời gian bay của chuyến bay; ni – tải lặp của chuyến bay. Kết quả phân tích số liệu và tính toán theo [47] cho thấy phi công cấp cao thực hiện nhiều bài bay cơ động cao, còn phi công cấp thấp hơn thường thực hiện 54 nhiều bài bay cơ động trung bình và thấp nên tần số tải lặp trung bình lên kết cấu máy bay cũng khác nhau. Cường độ phá hủy mỏi thực tế của kết cấu máy bay do phi công điều khiển gây ra được xác định theo công thức: 1 n i tt i i f N      (2.4) Trong đó: fi - tần số lặp của mức tải ki; η - hệ số độ tin cậy; Ni - độ bền mỏi của kết cấu (số chu kỳ phá hủy mỏi của tải mức ki) 2.2.2 Cơ sở và khả năng đánh giá ảnh hưởng các yếu tố điều kiện sử dụng đến tuổi thọ kết cấu máy bay - Chế độ chịu tải của kết cấu máy bay có thể kiểm soát và phân tích được dựa trên kết quả giải mã các số liệu của hệ thống kiểm tra khách quan lắp trên máy bay hay còn gọi là “hộp đen” của máy bay. Hệ thống kiểm tra khách quan trên máy bay có thể ghi lại được đàm thoại của phi công và ít nhất 6 tham số liên tục của máy bay như vận tốc, độ cao, hệ số quá tải đứng, ngang, dọc, góc lệch các bánh lái, độ rung, các tham số của động cơ như vòng quay, nhiệt độ ở máy nén, tua bin, áp suất dầu bôi trơn, độ ồn, độ rung, v.v... Phân tích các số liệu này thông thường để giảng bình, đánh giá trình độ, chất lượng của phi công thực hiện các bài bay theo kế hoạch. Trong các trường hợp có sự cố và tai nạn, các số liệu giải mã của hệ thống kiểm tra khách quan phục vụ cho phân tích tìm nguyên nhân sự cố và tai nạn bay. Vì được lắp trong hộp có vỏ chống cháy và chống va đập nên trong các trường hợp tai nạn, máy bay rơi, số liệu trong thiết bị vẫn được lưu giữ. Tham số ảnh hưởng trực tiếp đến tiêu hao tuổi thọ máy bay là sự thay đổi của hệ số quá tải đứng ny theo thời gian (cả về độ lớn biên độ và tấn số lặp đi lặp lại của giá trị quá tải). Ghi và tái hiện lại được đồ thị thay đổi của quá trình này chúng ta thu được phổ tải lên kết cấu máy bay. Số liệu này là cơ sở để đánh giá tiêu hao tuổi thọ thực tế sẽ được trình bày ở chương 3. Ảnh hưởng của kỹ thuật điều khiển máy bay của phi công được thể hiện trên đồ thị phổ tải của hệ thống kiểm tra khách quan ghi lại. Vì vậy nó cũng được xử lý, 55 phân tích như đối với ảnh hưởng của chế độ chịu tải đối với các chế độ bay khác nhau đã phân tích ở trên. Như vậy phân tích phổ tải lên kết cấu máy bay, được ghi lại trong hệ thống kiểm tra khách quan (“hộp đen“) có thể đánh giá tổng thể ảnh hưởng đồng thời của bài bay và kỹ thuật lái của phi công. - Ảnh hưởng của điều kiện môi trường, khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, độ ô nhiễm không khí...) nơi khai thác KTHK và niên hạn sử dụng có thể được đánh giá bằng thực nghiệm. Kết quả phân tích định tính dựa trên phân tích bằng lý thuyết phục vụ cho việc đề ra các giải pháp phòng, chống tác hại của các tác nhân môi trường nhằm nâng cao độ tin cậy sử dụng của KTHK. Để đánh giá mức độ ảnh hưởng bằng định lượng, người ta thường sử dụng phương pháp thực nghiệm. Mẫu vật liệu được phơi ở các vùng khác nhau (theo tiêu chuẩn cả về mẫu thử và cách lắp đặt mẫu thử). Định kỳ theo thời gian 6 tháng hoặc 1 năm, lấy mẫu về để làm thí nghiệm đo đạc các tham số cần thiết như mức độ gỉ (độ suy giảm khối lượng, độ sâu vết gỉ, diện tích vết gỉ...), sự suy giảm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu như độ bền kéo đứt, dãn dài khi đứt ... Để đánh giá ảnh hưởng của điều kiện môi trường đối với tuổi thọ vật liệu, các mẫu lấy về sau khi đã đo đạc các tham số không phá hủy, mẫu được thử nghiệm xây dựng đường cong mỏi, đem so sánh với đường cong mỏi của mẫu vật liệu mới cùng loại, chúng ta đánh giá được mức độ suy giảm tuổi thọ vật liệu kết cấu trong các điều kiện sử dụng khác nhau. 2.3 Nội dung cơ bản của phương pháp và bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế Nội dung cơ bản của phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay là đánh giá định lượng ảnh hưởng của điều kiện khai thác sử dụng như chế độ chịu tải (bài bay và kỹ thuật lái của phi công), điều kiện môi trường khí hậu (vùng khí hậu, niên hạn) lên tiêu hao tuổi thọ thực tế kết cấu máy bay. Tiêu hao tuổi thọ thực tế theo phương pháp này được xác định bằng “giờ bay quy đổi”, trong đó đã có tính đến ảnh hưởng của niên hạn sử dụng, vùng khí hậu và 56 chế độ bay thực tế. Bài toán xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu tóm tắt như sau: Tuổi thọ thực tế của kết cấu làm việc trong điều kiện mỏi, chịu tải lặp được xác định theo công thức sau: Ttt = 1  𝑡𝑡 (2.5) Trong đó: Ttt - Tuổi thọ thực tế của kết cấu; tt - cường độ phá huỷ mỏi thực tế của kết cấu;  - hệ số tin cậy tính đến độ tản mác của kết quả thử nghiệm mỏi, độ chính xác của các số liệu thống kê về tải, v.v Theo các công trình [45, 46, 47, 48, 52], hệ số độ tin cậy  trong bài toán tính tuổi thọ mỏi phải lấy từ 4 ÷ 5. Vì kết quả xác định chế độ tải lên phần tử kết cấu chỉ có độ tin cậy nhất định và kết quả thử nghiệm mỏi và mỏi gỉ cũng có độ tản mác cao (không tập trung như kết quả thử nghiệm độ bền tĩnh) , mặc dù đã thử cùng lúc 5 mẫu để lấy kết quả trung bình, nhưng để kết quả thử nghiệm đảm bảo độ tin cậy, trong luận án này đã lấy hệ số độ tin cậy η = 5. Cường độ phá huỷ mỏi thực tế của kết cấu theo thuyết độ bền mỏi được xác định theo công thức: 1 /n i tt i i n t N    (2.6) Trong đó: ni/t là số chu kỳ của mức tải nyi trong đơn vị thời gian (hay tần số lặp của mức tải nyi ). Ký hiệu: ni/t = fi gọi là tần số lặp của tải mức nyi, sẽ có: 1 n i tt i i f N    (2.7) Trong đó: ƒi - tần số lặp và Ni - số chu kỳ phá hủy mỏi của tải nyi. Kết hợp các công thức (2.5) và (2.7), có: 1 1 tt n i i i T f N     (2.8) 57 Gọi tỷ số của cường độ phá hủy mỏi thực tế kết cấu máy bay là tt và cường độ phá hủy mỏi ấn định ad là hệ số quy đổi tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay và ký hiệu là Ktt ta có: Ktt = 𝜆𝑡𝑡 𝜆𝑎𝑑 (2.9) Trong đó: λtt = 1 𝑇𝑡𝑡 (2.10) λad = 1 𝑇𝑎𝑑 (2.11) Thay (2.10), (2.11) vào 2.9, ta có: Ktt = 𝑇𝑎𝑑 𝑇𝑡𝑡 (2.12) Thay các giá trị Ttt từ (2.8) vào (2.12) ta được: Ktt = 1 n i ad i i f T N    (2.13) Như vậy để xác định hệ số tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu làm việc trong điều kiện mỏi gỉ, chịu tải lặp cần phải xác định được hai tham số chính: Tần số tải lặp fi của các giá trị tải nyi , số chu kỳ phá hủy mỏi gỉ Ni của tải lặp nyi. Tiêu hao tuổi thọ thực tế hay là “giờ bay quy đổi” của mỗi chuyến bay được tính theo công thức: τtt = τ. Ktt (2.14) trong đó: τ - thời gian bay tính theo giờ, Ktt - hệ số quy đổi tiêu hao tuổi thọ thực tế, tính theo công thức (2.13). Tiêu hao tuổi thọ thức tế của kết cấu máy bay sẽ bằng tổng “giờ bay quy đổi” của tất cả các chuyến bay. Theo tiêu hao tuổi thọ thực tế, nhà khai thác máy bay lập kế hoạch tiến độ khai thác máy bay, dừng khai thác để đưa máy bay vào bảo dưỡng, sửa chữa hồi phục, trung, đại tu hoặc thanh lý máy bay. 2.4 Một số yêu cầu để áp dụng phương pháp Để áp dụng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế kết cấu máy bay, cần có một số tài liệu, thiết bị và tổ chức bổ sung như sau: 58 a. Chương trình tính và thống kê tiêu hao tuổi thọ thực tế Để tính tiêu hao tuổi thọ thực tế của máy bay, xây dựng chương trình tính dựa trên bài toán đã nêu ở mục 2.3. Chương trình xây dựng theo dạng quản lý cơ sở dữ liệu thông qua các bài toán tính toán hệ số hiệu chỉnh cũng như theo dõi thời gian còn lại của máy bay để phục vụ cho công tác lập kế hoạch sử dụng và điều hành bay tại đơn vị. Ngôn ngữ sử dụng bao gồm: Phần mềm DTS: Phần mềm giải mã dữ liệu “hộp đen” do Viện kỹ thuật Phòng Không - Không quân sáng tạo và phát triển với nhiều phiên bản sử dụng cho từng loại máy bay. Phần mềm DTS-39-12 được sử dụng trong thời gian thực hiện công trình có chức năng giải mã 12 tín hiệu từ “hộp đen” của máy bay L-39 thành file mềm định dạng văn bản. Cơ sở dữ liệu được giải mã từ “hộp đen” thông qua phần mềm DTS sẽ được sử dụng làm thông số đầu vào cho chương trình tính toán tiêu hao tuổi thọ. Microsoft Excel - quản trị cơ

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_phuong_phap_xac_dinh_tieu_hao_tuoi_tho_th.pdf
Tài liệu liên quan