Авиация и космонавтика 2013 10

Журнал Авиация и космонавтика

Были проведены расчетно-экспериментальные исследования по обеспечению безопасности от аэроупругости, включая флаттер.

Самолет Су-27 стал первым самолетом, ресурс которого отрабатывался на ранних этапах проектирования. Поскольку прогноз интенсивности эксплуатации Су-27 был существенно выше, чем для самолетов предыдущих поколений, необходимо было разработать иные подходы к методике ресурсных испытаний. В ЦАГИ была разработана более совершенная методика натурных испытаний на ресурс и впервые проведены ресурсные испытания планера самолета. В соответствии с профилями полетов нагружению подвергались все основные агрегаты планера. Суть методики состояла в статистическом моделировании последовательности эволюций самолета в эксплуатации (изменение скорости и высоты полета,

перегрузки в центре тяжести) и определении при этих условиях действующих на конструкцию нагрузок с последующим воспроизведением их на стенде.

При определении нагрузок на элементы конструкции планера, являющегося многократно статически неопределимой системой, основные трудности возникли при расчете консолей крыла, центральной части, включающей бак №1, центроплан и гондолы; хвостовой части фюзеляжа, включающей хвостовые балки и мотогондолы.

Для выбора наиболее рациональной конструкции расчеты выполнялись сразу по нескольким методикам. Сравнение результатов расчетов по нескольким методикам позволило выбрать рациональное распределение силового материала по элементам конструкции.

Отдельного упоминания заслуживает принятый при проектировании Су-27 принцип расчета на прочность с заниженным значением расчетных нагрузок. По свидетельству О.С. Самойловича, вопрос решался следующим образом: «Что касается прочности конструкции, тоЕ. Иванов приказал заместителю главного конструктора по прочности Николаю Сергеевичу Дубинину все нагрузки определять из условия 85% расчетных нагрузок. Дубинин возражал, на что Иванов сказал: "Выполним конструкцию на 85% нагрузок, затем поставим ее на статические испытания, где сломается, только там и будем усиливать V.

Поясним вышесказанное. Настоятельная необходимость создания конструкции минимальной массы потребовала при разработке конструкции Су-27 применения нетрадиционного подхода. Нагрузки на элементы регулярной конструкции агрегатов выдавались в конструкторские отделы с коэффициентом К=0,85, а на узлы крепления агрегатов и элементы конструкции, расположенные в местах, труднодоступных для ремонта -с коэффициентом К=1,1 вместо положенного по руководству для конструкторов К=1,25. Такой подход со стороны руководства КБ обосновывался мнением о том, что прочнисты и конструкторы при проектировании все равно закладывают дополнительные запасы прочности конструкции и надеждой на то, что при испытаниях на статическую прочность удастся путем анализа подробной тензометрии не доводить конструкцию до разрушения, а каждый раз своевременно усиливать ее, а также на результаты фактических замеров нагрузок на агрегаты самолета в процессе его летных испытаний.

Таким образом, смысл этого метода заключался в создании конструкции минимально возможной массы, с доведением прочности до заданной в процессе статических испытаний, путем постепенного усиления слабых мест конструкции. Следует отметить, что этот принцип не являлся чем-то экстраординарным и доселе неизвестным в мировой практике. По воспоминаниям А.И. Блинова, подобная практика существовала и при П.О. Сухом.

Конечно, с точки зрения сегодняшнего дня, это неправильно, нужно было пытаться идти путем точных расчетов и стараться машину не разрушать. Но избежать этого можно было только, если бы у имелось много четкой статистики по самолетам соответствующих схем. А так недостатки расчетов приходилось возмещать путем натурного эксперимента [1] .

1

* Для Су-27 на этом деле использовали 5 экземпляров планера, включая Т10-0 и Т10-5.

Работы по прочностным испытаниям выполнялись в отделе 25 (начальник – А.И. Григоренко). В рамках исследований по Су-27 здесь с 1975 г начались статические, повторно-статические и динамические испытания панелей, экспериментальных отсеков и различных конструктивных образцов. Целью этих работ являлась проверка несущей способности конструкции, правильности выбора материалов и технологий, качества конструкторской

проработки и правильности выбора методики расчета на прочность.

Планер самолета, предназначенного для испытаний на статическую прочность (Т10-0) перевезли из сборочного цеха ОКБ в корпус лаборатории для статических испытаний в конце февраля 1977 г., и с 3 марта в отделе 25 приступили к проведению полного цикла прочностных испытаний самолета.

К началу испытаний Т10-0 лабораторное оборудование отдела пополнилось новыми быстродействующими тензометрическими установками, предназначенными для определения уровня напряжений. Планер самолета в контрольных точках оклеивался примерно 6000 тензодатчиками. При проведении испытаний впервые использовался новый информационно-измерительный комплекс «Статика». Комплекс предназначался для анализа напряженного состояния конструкции прямо в ходе эксперимента, в реальном масштабе времени. Для этого все тензометрические установки были объединены в единую измерительную систему, данные с которой поступали для обработки на ЭВМ М-222. В ряде случаев, применение этой системы позволило предотвратить разрушение конструкции и выполнить необходимые доработки непосредственно в период статических испытаний.

Частыми «гостями» статотдела в период испытаний Т10-0 были все руководители КБ. Михаил Петрович Симонов, интересуясь результатами статиспытаний планера, сразу увязывал их с летными испытаниями и вопросами эксплуатации самолета, требуя проведения оперативных доработок конструкции по прочности.

По результатам статических испытаний в конструкцию опытных и серийных самолетов оперативно вносились доработки. К примеру, в июне 1977 г. для усиления ГЧФ, в конструкцию Т-10 ввели дополнительные вертикальные стенки в закабинном отсеке, а материал обшивок в закабинном отсеке был заменен. В конце года провели усиление ХЧФ.

Испытания, выполненные на Т10-0, позволили до вести статическую прочность самолета Т-10 до (80-85)% Pp. Дальнейшие испытания были прекращены из-за принятого решения о проектировании самолета Т-10С, в связи с чем, отпадала практическая надобность в доводке опытных машин. Из- за доработок испытания Т10-0 сильно затянулись, и были завершены лишь к концу июля 1978 г., т.о. общая продолжительность работ составила почти 17 месяцев.

Со 2 октября 1979 г. в отделе 25 начались испытания на статическую прочность планера уже серийного самолета из состава установочной партии машин типа Т10-5 (№02-03) выпуска Комсомольского-на- Амуре завода. Целью работ являлось подтверждение ограничений по статической прочности для самолетов, которые предполагалось использовать на ГСИ Су-27. Испытания самолета, получившего обозначение Т1 0-5-0, проводились до конца апреля 1980 г., они полностью подтвердили заданный уровень прочности, полученный по результатам работ на Т10-0. В целом, результаты статиспытаний первых опытных машин потребовали внести некоторые корректировки в расчетные модели. Оказалось, к примеру, что воздухозаборники уже на ранней стадии активно включаются в работу на изгиб фюзеляжа, а доля участия хвостовых балок в работе фюзеляжа на кручение больше, по сравнению с результатами расчетов. Полученные результаты испытаний в дальнейшем были с успехом использованы при проектировании самолета Т-10С.

В 30-м отделе математическим моделированием нагружения шасси самолета занималась бригада, которой руководил Б.С. Фадеев. Моделировались различные случаи взлетно-посадочных режимов и определялись амортизационные параметры шасси, минимизирующие нагрузки на планер самолета. Расчеты выполнялись с широким использованием ЭВМ.

Статические испытания носовой части фюзеляжа

С точки зрения динамических нагрузок и аэроупругости, наиболее важным фактором являлось значительное увеличение относительной нежесткости конструкции Су-27, обусловленное особенностями выбранной аэродинамической и конструктивнокомпоновочной схем.