Диссертация (Разработка методов и совершенствование технических средств оценки работоспособности эластомерных клеевых соединений конструкций летательных аппаратов), страница 23

Помимо этого, изменение механическиххарактеристик эластомерного адгезива в процессе термовибрационного180оказываютсущественноевлияниенадинамическиехарактеристикиконструкции ЛА (амплитудно-частотные характеристики, частоты резонанса ит.д.).Исследование динамических характеристик конструкций ЛА в процессетермовибрационного воздействия имеет важное практическое значение,поскольку наблюдаемые изменения АЧХ конструкции ЛА и смещениярезонансных частот, могут привести к появлению резонанса конструкции впроцессеэксплуатации.Особуюопасностьприэтомвызываетсопровождающееся резкое увеличение вибродинамических нагрузокнаэлементы конструкции, включая ЭКС, до уровней, способных привести кпотере устойчивости и разрушению конструкции ЛА.Прогнозирование изменения динамических характеристик конструкцииЛА теоретическими методами весьма затруднительно, учитывая сложнуюконструкцию ЛА и специфику его эксплуатации. В этом случае способомполучения надежной и достоверной оценки работоспособности ЭКС вназемных условиях является проведение экспериментальных исследований, дляреализациикоторыхнеобходимаразработкановыхметодовисовершенствование существующих технических средств, позволяющих вназемных условиях воспроизводить приближенные к эксплуатационнымкомплексные термовибрационные нагрузки.Созданный в рамках настоящей работы лабораторный испытательныйкомплекс, а также разработанное научно-методическое обеспечение (см.

п. 3.3)позволили провести экспериментальные исследования работоспособности истойкости ЭКС высокоскоростных конструкций ЛА, в которых в качествеадгезива используется эластомерный герметик ВИКСИНТ У-2-28. На Рис 5.7приведен внешний вид части испытательного комплекса с установленнойконструкцией ЛА.На первом этапе исследований определены АЧХ исследуемой конструкции181ЛА во всем рабочем диапазоне вибрационных частот (от 20 Гц до 2,5 кГц).Определение АЧХ конструкций ЛА проводилось методом резонансныхиспытаний,заключающимсяванализеоткликаконструкциинаприкладываемое вибрационное воздействие с заданными параметрами.Рис.

5.7. Лабораторный испытательный комплекс при проведенииисследованийработоспособностиЭКСконструкцииЛАвусловияхкомплексного термовибрационного воздействия: 1 - вибрационный стенд; 2накатнаяклиматическаякамера;3-дополнительноенагревательноеустройство; 4 - конструкция ЛА; 5 - акселерометры; 6 - термопары182На Рис. 5.8 приведена АЧХ конструкции ЛА при температуре узла ЭКС20 °С.

Из Рисунка видно, что приведенная АЧХ имеет в диапазоне частот(20÷2500) Гц один экстремум на кривой, соответствующей резонансной частотеfр = 615,2 Гц. При этом коэффициент динамического усиления на данномрезонансе имеет значение Кд = 63,5.gn251.1886Рис.5.8.Амплитудно-частотнаяхарактеристикаконструкцииЛА:100.0000салатовая линия (profile) – значение виброускорения прикладываемое кконструкции; синяя линия (input2) – отклик конструкции на прикладываемоевоздействие (на графике величина виброускорения измеряется в единицах g)На Рис.

5.9 приведен график зависимости виброперемещения деталей ЭКСиспытуемойконструкцииЛАотчастотывибрационноговоздействия(салатовая линия – виброперемещение переходного шпангоута конструкцииЛА; синяя линия – виброперемещение оболочки). Разность виброперемещенийоболочки и шпангоута позволяют определить величину сдвиговой деформацииклеевого слоя в процессе вибрационного воздействия. Из Рис. 5.9 видно, чтопри воздействии на конструкцию ЛА продольной вибрации в областирезонансной частоты возникает относительное перемещение деталей ЭКС, что183вызывает сдвиговую деформацию клеевого слоя, достигающую значенийпорядка 0,1 мм и при длительном режиме эксплуатации приводящую кразрушению клеевого слоя.mm8.9125Рис.

5.9. Зависимость виброперемещения деталей ЭКС конструкции ЛА впроцессевибрационноговоздействия:1.0000салатоваялиния(profile)–виброперемещение шпангоута; синяя линия (input2) – виброперемещениеоболочкиОписанные динамические характеристики исследуемой конструкции РПОбыли определены методом резонансных испытаний при следующих значенияхтемпературы в зоне узла ЭКС: 233 К; 323 К; 373 К; 423 К; 473 К; 493 К; 553 К и573 К.На Рис 5.10 показаны полученные экспериментальные зависимости0.1000частоты резонанса конструкции ЛА и коэффициента динамического усиленияна соответствующих резонансах от температуры узла ЭКС.ИзРисунковудовлетворительнойвидно,чтоточностьюэкспериментальныемогутбытьзависимостисаппроксимированысоответствующими степенными выражениями, приведенными на графиках (где184ось абсцисс – температура, ось ординат – частота резонанса или коэффициентдинамичности).а)б)Рис.

5.10. Экспериментальные зависимости: а) частоты резонансаконструкцииЛА;б)коэффициентадинамическогоусилениянасоответствующих частотах резонанса от температуры узла ЭКС (температураизмеряется в К)Таким образом, установленные зависимости позволяют прогнозироватьизменения динамических характеристик конструкции ЛА в процессе изменениятемпературы в зоне узла ЭКС, что дает возможность проводить оценкуработоспособности ЭКС конструкций ЛА в условиях комплексного термо-185вибрационного воздействия.На втором этапе исследований на испытательном комплексе проведеныресурсные испытания ЭКС конструкции ЛА на стойкость к комплексномутермовибрационномувоздействию.Сутьиспытанийзаключаласьвопределении количества циклов до разрушения N клеевого слоя в процессекомплексного воздействия циклической сдвиговой деформации и повышеннойтемпературы.Ресурсные испытания ЭКС до разрушения клеевого слоя проводились надвух малогабаритных конструкциях ЛА при воздействии циклическогознакопеременного сдвигового напряжения с амплитудным значением 0,23 МПаи частотой 400 Гц.

Испытания проводились при температурах узла ЭКС равных220 °С и 280 °С. Выбор указанных температур обусловлен температуройэксплуатации исследуемой конструкции ЛА. Результаты ресурсных испытанийприведены в Таблице 5.3.Таблица 5.3Результаты ресурсных испытаний ЭКС конструкций ЛАУсловныйномериспытуемойконструкцииЛААмплитудноезначениециклическогосдвиговогонапряженияτсд,ц, МПаЧастотанагружения,Гц0,2340012Температура узлаЭКСТ, °СКоличествоцикловнагружения доразрушения N,х1062202,22801,7В результате проведенных исследований работоспособности и стойкостиЭКСконструкцийЛАвусловияхкомплексноготермовибрационноговоздействия проведена апробация созданного лабораторного испытательногокомплекса,накоторомосуществленаэкспериментальнаяотработкапредложенной методики испытаний на стойкость ЭКС к комплексному186термовибрационному воздействию. Также на реальных конструкциях ЛАпродемонстрированы методологические подходы к проведению ресурсныхиспытаний ЭКС конструкций ЛА, определению динамических характеРистикконструкций и прогнозированию их изменения при изменении температурыузла ЭКС.

Показано, что созданный испытательный комплекс, а такжеразработанное научно-методическое обеспечение позволяют проводить вназемных условиях оценку работоспособности ЭКС конструкций ЛА,эксплуатирующихсявусловияхкомплексноготермовибрационноговоздействия, что, в свою очередь, дает возможность принимать обоснованноерешение при выборе вида эластомерного адгезива или конструкционной схемыЭКС для конкретной конструкции ЛА.5.3.

Демонтаж эластомерных клеевых соединений конструкций ЛАВ производстве конструкций высокоскоростных ЛА проблема демонтажаузла ЭКС, осуществляемого без нарушения целостности и остаточныхдеформаций соединяемых деталей, таких как керамическая или композитнаяоболочка и металлический шпангоут, является весьма актуальной, нотехнически труднореализуемой задачей.Существующий в настоящее время производственный процесс построентаким образом, что при необходимости внесения изменений или доработкикакого-либо элемента или детали узла ЭКС весь узел утилизируется, а деталиизготавливаются заново. Это приводит к потере пригодных для дальнейшегоиспользованиядорогостоящихдеталей,зачастуюизготовленныхизспециальных сплавов, что влечет за собой дополнительные финансовыезатраты и потерю времени на изготовление новых деталей.Основная трудность демонтажа узла ЭКС оболочечной конструкции ЛА ссохранением целостности его элементов заключается в том, что для разрушения187ЭКС путем механического нагружения необходимо приложить к хрупкойоболочке чрезмерно высокую нагрузку, зачастую приводящую к разрушениюоболочки или остаточной деформации деталей шпангоута.

Для сниженияприкладываемой к оболочке нагрузки необходимо увеличить температуру ЭКС,снизив при этом прочность эластомерного адгезива. Однако существенноеповышение температуры узла ЭКС приводит к разрушению оболочки врезультатедействияраспорныхнапряженийсосторонышпангоута,возникающих из-за разности в ТКЛР соединяемых материалов.Данная проблема была решена путем использования, предложенного внастоящейработе,продолжительномметодастатическомопределениядолговечностиЭКСпривоздействии.Приэтомтеплосиловомпредложенный метод используется для решения обратной задачи, то есть длярасчета оптимального режима теплосилового воздействия на узел ЭКСконструкции ЛА, достаточного для разрушения клеевого слоя без нарушенияцелостности и повреждений деталей узла ЭКС.5.3.1. Демонтаж клеевых соединений методом продолжительноготеплосилового воздействияВ работе предложена методика демонтажа узла ЭКС конструкций ЛА, атакже приведен пример ее практической реализации на реальных конструкцияхЛА.Предлагаемаяметодикадемонтажапредполагаетсявыполнениеследующей последовательности операций:1.

ОпределитьпараметрыдемонтируемогоузлаЭКСконкретнойконструкции ЛА, а именно:- тип используемого эластомерного адгезива и его прочностныехарактеристики;188- площадь склейки и конструкционные особенности ЭКС (наличиеконусности, толщина клеевого слоя и т.д.);- предельно допустимое значение температуры шпангоута при нагреве;- предельно допустимое значение силовой нагрузки на оболочку.2. Используя имеющиеся критериальные соотношения для определениядолговечности ЭКС на основе заданного типа эластомерного адгезива,произвести расчет оптимального режима теплосилового нагружения узла ЭКСдостаточного для разрушения клеевого слоя без повреждений соединенныхэлементов. В общем случае расчет режима производится из условиянаименьшеговременитеплосиловоговоздействиядостаточногодляразрушения данного ЭКС, однако режим теплосилового воздействия можеткорректироваться, исходя из особенности конкретной конструкции ЛА илицели проводимого демонтажа.3.