Введение к работе
Актуальность работы
Проблема неблагоприятных метеоусловий и, в частности, взаимодействия воздушных судов (ВС) с атмосферным электричеством, является одной из важнейших проблем обеспечения безопасности и регулярности полетов в гражданской авиации (ГА). По данным ИКАО около 11% авиационных происшествий, связанных с неблагоприятными метеоусловиями, обусловлены поражением ВС молнией.
Частота поражения самолетов молнией достаточно высока. Например, в Европе (без стран СНГ и Прибалтики) каждый гражданский самолет, в среднем, через 2-2,5 тысячи часов налета поражается молнией. Отечественная статистика дает частоту поражения самолетов ГА существенно меньшую. Причин тому несколько, начиная с более жестких запретов на полеты в зонах интенсивной электрической активности атмосферы и заканчивая нежеланием экипажей докладывать о поражении ВС разрядами, если это не зафиксировано объективными методами контроля.
Основными факторами поражения молнией конструкции ВС являются её электротермическое и электромеханическое воздействие. Электротермическое воздействие сильноточных электрических разрядов, в том числе, молний на проводящие элементы конструкции достаточно активно исследуется применительно не только к авиационной технике. Что же касается электромеханического воздействия, то исследование его механизма не проведено с достаточной глубиной. Вместе с тем, статистика авиационных происшествий указывает, что последствия «работы» этого механизма могут быть существенными: имеются случаи образования вмятин на обшивке, вплоть до разрывов, деформаций силовых элементов, консольных элементов конструкции (известны случаи загиба лопасти винта двигателя самолета Ан-24), обрыва элементов крепления обшивки и т.п.. Такого рода повреждения могут быть предпосылками серьезных авиационных происшествий, и
задача обеспечения безопасности полетов требует детального исследования механизмов электромеханического воздействия молнии на элементы конструкции ВС.
Создание конструкции ВС, стойкого к электромеханическому воздействию молнии, и обеспечение безопасности полетов в условиях такого воздействия требует, в первую очередь, изучение физических процессов, протекающих в зоне контакта электрического разряда с элементами конструкции, разработку расчетных моделей, а затем - определение допустимых параметров как элементов конструкции, так и тока молнии.
Тематика диссертационной работы, посвященной поиску возможных путей решения указанных задач, предопределила актуальность проведенных исследований.
Целью работы является анализ механизмов электромеханического воздействия молнии на проводящие наружные элементы конструкции воздушных судов и разработка методов обеспечения их стойкости к такому воздействию. Работы направлена на повышение безопасности полетов в условиях электрической активности атмосферы.
Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:
-
Разработки моделей нагружения различных элементов конструкции силами пондеромоторного взаимодействия токов.
-
Разработки статической и динамической моделей расчета полей напряжений в элементах конструкции.
-
Определения алгоритма расчета параметров конструкции и характеристик материалов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию ВС в условиях электромеханического воздействия молнии.
-
Определения критериальных зависимостей критических параметров тока молнии, элементов конструкции и состояния их поверхностей.
Научиая новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
-
Разработана усовершенствованная модель электромеханического воздействия на листовые элементы конструкции, учитывающая динамические эффекты.
-
Учтена радиальная составляющая пондеромоторных сил при рассмотрении модели электромеханического воздействия на листовые элементы конструкции.
-
Проведена оценка вклада термических напряжений в интенсивность напряжения при электромеханическом воздействии молнии.
-
Разработана динамическая модель воздействия молнии на консольные элементы конструкции ВС.
-
Получены критериальные соотношения параметров элементов конструкции ВС и параметров тока молнии.
Практическая значимость работы состоит в том, что использование ее результатов позволяет:
-
Сформулировать сертификационные требования к параметрам наружных элементов конструкции ВС, обеспечивающим стойкость этих элементов к электромеханическому воздействию молнии.
-
Учесть при определении расчетных нагрузок и коэффициентов безопасности элементов конструкции ВС дополнительные нагрузки, связанные с электромеханическим воздействием молнии.
-
Использовать расчетную модель при определения летной годности ВС для полетов в условиях электрической активности атмосферы.
4. Уточнить параметры испытательного электрического разряда, применяемого при сертификационных испытаниях воздушного судна на молниестойкость.
На защиту выносится совокупность научных положений и результатов, лежащих в основе решения проблемы обеспечения стойкости проводящих элементов конструкции ВС к электромеханическому воздействию молнии, а именно:
-
Теоретическая модель электромеханического воздействия молнии на обшивку ВС, учитывающая его динамический характер.
-
Метод, расчета интенсивности напряжения в обшивке с учетом динамического характера нагружения.
-
Динамическая модель электромеханического воздействия молнии на консольные элементы конструкции ВС.
-
Критериальные зависимости параметров элементов конструкции и параметров тока молнии.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались: на Международной научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации» (г. Москва, май 1996 г.), на Второй международной научно-технической конференции «Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники» (г. Егорьевск, июнь 1997 г.), на научных семинарах кафедр технической механики, а также безопасности полетов и жизнедеятельности МГТУГА. Цикл статей по основному содержанию диссертационной работы был представлен на конкурс научных работ аспирантов МГТУГА за 1997 г. и был удостоен первой премии.
Впедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в ГосНИИ ГА, а также в МГТУГА, о чем имеются соответствующие акты.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, включая 6 статей в журналах и сборниках научных трудов. 2 научные работы опубликованы в соавторстве.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, трех разделов, заключения, приложений и списка литературы. Общий объем работы (без приложений) составляет 122 страницы и включает в себя 33 рисунка и 3 таблицы. Список литературы содержит 91 наименование.
