В России нашли виновных в сокращении срока службы деталей самолетов

Насколько серьезно вмятины от ударов птиц сокращают срок службы деталей самолетов, выяснили ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ). Они утверждают, что, в частности, срок службы авиационных деталей из стеклопластика после таких инцидентов сокращается в 14 раз — примерно с 14 лет до 1 года.

«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 ТАСС в Минобрнауки РФ.

В ходе испытаний деталей с царапинами и вмятинами на реальных нагрузках, возникающих в авиации выяснилось, 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.

А 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 отметили, 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.