Luận án tiến sĩ nghiên cứu phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy ba tt

Mục tiêu và nội dung chính của luận án Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay, vận dụng phương pháp này cho phần

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống khai thác máy bay theo định kỳ hiện hành của Quân chủng Phòng không - Không quân (PK-KQ) Việt Nam đã phát huy hiệu quả tốt trong nhiều thập kỷ qua Tuy nhiên, ngày nay nó cũng bộc lộ nhiều bất cập, ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác sử dụng máy bay Bất cập lớn nhất là mâu thuẫn giữa tiêu hao tuổi thọ theo giờ bay và theo niên hạn Trong khi tiêu hao tuổi thọ theo niên hạn đã hết thì tuổi thọ theo giờ bay vẫn còn 30% ÷ 40% Việc đưa ra khái niệm tiêu hao tuổi thọ thực tế, hay là giờ bay quy đổi, trong đó đã tính đến ảnh hưởng của yếu tố giờ bay và yếu tố niên hạn sẽ góp phần giải quyết mâu thuẫn nêu trên Nó cũng góp phần vào hướng nghiên cứu để từng bước chuyển hệ thống khai thác máy bay theo định kỳ sang hệ thống khai thác theo trạng thái

Đề tài “Nghiên cứu phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay” nhằm góp phần giải quyết những vấn đề nêu trên

Mục tiêu và nội dung chính của luận án

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay, vận dụng phương pháp này cho phần tử kết cấu máy bay L-39 là loại máy bay huấn luyện chiến đấu, đào tạo phi công của Quân chủng PK-KQ

Nội dung chính của luận án:

- Tổng quan về tuổi thọ kết cấu máy bay và các vấn đề nghiên cứu liên quan

- Xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay và các yêu cần thiết của nó

- Xác định tần số tải lặp lên phần tử kết cấu máy bay, làm dữ liệu đầu vào bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế

- Xác định độ bền mỏi gỉ của phần tử kết cấu bằng thực nghiệm, làm dữ liệu đầu vào bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế

- Lập chương trình và tính toán tiêu hao tuổi thọ thực tế cho phần tử kết cấu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: là phần tử vỏ bọc chịu lực mặt dưới gốc

cánh máy bay L-39 Qua khảo sát, đây là phần tử làm từ vật liệu D16AT, chịu tải mỏi kéo xung Phần tử này cũng đặc trưng cho các phần tử kết cấu máy bay chiến đấu, có tính cơ động cao, hệ số quá tải tác dụng lên kết cấu của nó thay đổi từ -1 đến 6 và chịu tác động trực

tiếp của môi trường khí hậu ẩm, bụi, bẩn từ đường băng khi cất, hạ cánh Theo thống kê, phần tử này hay hỏng trong quá trình khai thác

do bị nứt và gỉ

- Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của luận án được

giới hạn là xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của phần tử kết cấu có tính đến ảnh hưởng của điều kiện chịu tải lặp (mỏi) và môi trường, khí hậu, niên hạn sử dụng (gỉ) Trong luận án, bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế áp dụng cho phần tử vỏ bọc cánh Về phương pháp,

nó có thể áp dụng cho các phần tử khác của kết cấu máy bay

Phương pháp nghiên cứu

Lập bài toán và chương trình tính tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay, xác định các số liệu đầu vào cần thiết cho cho việc giải bài toán

Ảnh hưởng của chế độ chịu tải (bài bay và kỹ thuật lái của phi công) được đánh giá bằng phân tích số liệu về tải của hệ thống kiểm tra khách quan (hay còn gọi là “hộp đen”) lắp trên máy bay

Ảnh hưởng của điều kiện môi trường khí hậu, niên hạn được đánh giá bằng thực nghiệm, thử mẫu phần tử kết cấu trên máy thử mỏi gỉ

Để có số liệu phục vụ xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay, đã khảo sát thực tế tại Trung đoàn Không quân 910, nơi đang khai thác máy bay huấn luyện L-39

là loại máy bay cơ động, huấn luyện chiến đấu và đào tạo phi công, phân tích số liệu giải mã của hệ thống kiểm tra khách quan ghi lại các tham số của các chuyến bay, tập trung phân tích tần số lặp của quá tải đứng ny

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Luận án đã đề xuất và xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay phù hợp điều kiện Việt Nam

Đề tài góp phần giải quyết mâu thuẫn giữa tiêu hao tuổi thọ theo giờ bay và theo niên hạn trong hệ thống khai thác máy bay quân sự hiện hành

Kết quả đề tài có thể dùng để tham khảo cho khai thác máy bay quân sự, làm cơ sở để tăng hạn sử dụng máy bay của Quân chủng PK-KQ, đồng thời cũng là tiền đề tiến tới việc khai thác kết cấu máy bay theo trạng thái, khi tiêu hao tuổi thọ được xem như một trong những tham số trạng thái của các phần tử kết cấu

Những đóng góp mới của luận án

- Luận án đã đề xuất và xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay Đây là phương pháp phù hợp và khả thi cho điều kiện khai thác máy bay quân sự ở nước ta

- Thông thường, số liệu tự ghi của hệ thống kiểm tra khách quan trên máy bay hay còn gọi là “hộp đen” được sử dụng cho mục đích giảng bình sau khi bay, kiểm tra bay và điều tra tai nạn Luận án đã

sử dụng số liệu này để phân tích chế độ chịu tải lặp của kết cấu máy bay, xác định tần số lặp của tải, để đưa vào bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế

- Bằng thực nghiệm, xác định số chu kỳ phá hủy mỏi của phần tử kết cấu và đưa hệ số ảnh hưởng của điều kiện môi trường, khí hậu vào bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế

- Lập bài toán tính tiêu hao tuổi thọ thực tế của phần tử kết cấu máy bay và tìm được phương pháp giải bài toán đó

Cấu trúc của luận án

Luận án gồm mở đầu, 5 chương và kết luận thể hiện trong 111 trang luận án, 31 hình vẽ, 12 bảng biểu và phụ lục

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay

Chương 3: Xác định tần số tải lặp lên kết cấu máy bay

Chương 4: Xác định độ bền mỏi gỉ của phần tử kết cấu máy bay Chương 5: Chương trình tính toán và kết quả

1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Những khái niệm chung về tuổi thọ của máy bay và kết cấu máy bay

Chỉ tiêu đánh giá trạng thái kỹ thuật của kết cấu máy bay bao gồm: độ bền tĩnh, độ bền động, độ ổn định, độ tin cậy, độ bền lâu, tuổi thọ, độ bền chịu rung, lắc, đàn hồi khí động, các tham số tới hạn, v.v

Tuổi thọ là một trong các chỉ tiêu quan trọng bảo đảm cho máy bay hoạt động lâu dài, được khai thác an toàn và có hiệu quả Tuổi thọ của máy bay là tính chất của nó giữ được khả năng làm việc đến tình trạng giới hạn, được xác định từ điều kiện bảo đảm an toàn bay Khái niệm tuổi thọ kết cấu máy bay gắn liền với khả năng chống lại

sự lão hóa, tức là chống lại sự tích lũy của tổn thất mỏi, biến dạng dão, chống lại mòn và gỉ

Tính năng khai thác của máy bay được đặc trưng bằng các chỉ tiêu cơ bản: độ tin cậy sử dụng, độ bền lâu, độ sống còn và tính công nghệ trong khai thác sử dụng

Độ tin cậy sử dụng là tính chất của sản phẩm, thực hiện được

các chức năng, duy trì được các chỉ tiêu kỹ thuật trong các giới hạn

đã được thiết lập sau một khoảng thời gian hoặc sau khi thực hiện một khối lượng công việc quy định

Độ bền lâu là tính chất của sản phẩm duy trì khả năng hoạt động

theo chức năng đến trạng thái giới hạn trong điều kiện được bảo dưỡng và sửa chữa phục hồi cần thiết Độ bền lâu của các sản phẩm máy bay được đánh giá bằng các chỉ tiêu về tuổi thọ kỹ thuật và niên

hạn sử dụng

Tuổi thọ kỹ thuật là khoảng thời gian hoạt động hoặc khối lượng

công việc được thực hiện của máy bay đến trạng thái giới hạn của nó Chúng được thể hiện bằng: số giờ bay, niên hạn sử dụng, số lần cất cánh và thời hạn cất giữ bảo quản, v.v

Tuổi thọ ấn định là số giờ bay hoặc niên hạn sử dụng của máy

bay, mà khi đạt được giá trị đó thì không được phép tiếp tục khai thác sử dụng máy bay nữa, không phụ thuộc vào trạng thái kỹ thuật của chúng lúc đó

Tuổi thọ giữa hai lần sửa chữa là số giờ bay hoặc niên hạn sử

dụng của máy bay giữa hai lần sửa chữa Sau khi sử dụng hết tuổi thọ giữa hai lần sửa chữa, phải đưa máy bay vào sửa chữa

Tuổi thọ giữa hai lần bảo dưỡng kỹ thuật là số giờ làm việc

hoặc niên hạn sử dụng quy định giữa các lần bảo dưỡng kỹ thuật

Thời hạn bảo hành là số giờ bay hoặc niên hạn mà Nhà sản xuất

bảo hành máy bay đáp ứng tất cả các yêu cầu về chức năng và các tham số kỹ thuật, trong điều kiện Nhà khai thác chấp hành đầy đủ các quy tắc khai thác, bảo quản và vận chuyển

Trạng thái kỹ thuật của máy bay là tập hợp các tính năng được thiết

lập trong các văn bản kỹ thuật, đặc trưng bằng các chỉ tiêu ở một thời điểm xác định và thay đổi trong quá trình khai thác sử dụng

1.2 Phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ của kết cấu máy bay trong hệ thống khai thác hiện hành

Hiện nay, ngành hàng không của đa số các nước trên thế giới đang sử dụng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ kết cấu máy

bay theo giờ bay và niên hạn sử dụng Đây là phương pháp trung bình hóa cho các điều kiện sử dụng, rất tiện lợi trong công tác thống

kê tiêu hao tuổi thọ và điều hành kế hoạch khai thác máy bay Ngành hàng không Việt Nam đang sử dụng máy bay của nước ngoài (chủ yếu của Nga, Pháp, Mỹ) nên phương pháp tính tiêu hao tuổi thọ máy bay cũng được áp dụng theo quy định của Nhà sản xuất Tương tự, Quân chủng PK-KQ Việt Nam chủ yếu sử dụng máy bay của Nga nên phương pháp tính tiêu hao tuổi thọ máy bay hiện hành áp dụng theo quy định của Nga (theo giờ bay và niên hạn)

Một số loại máy bay của các nước như Mỹ, Pháp, Nga … đang

áp dụng phương thức khai thác máy bay theo trạng thái (khai thác máy bay theo độ tin cậy và khai thác máy bay theo tham số làm việc), theo các phương pháp này, tiêu hao tuổi thọ kết cấu máy bay

sẽ phụ thuộc và mức suy giảm độ tin cậy và các tham số làm việc của chúng Như vậy tiêu hao tuổi thọ kết cấu máy bay sẽ không cố định

mà phụ thuộc vào chế độ khai thác thực tế của từng máy bay, từng vùng và từng điều kiện sử dụng cụ thể Đây là phương pháp tiên tiến, hiệu quả kinh tế cao Ở Việt Nam nếu được áp dụng phương pháp này thì sẽ rất có lợi vì nó đã tính đến các điều kiện khai thác thực tế Tuy nhiên phương pháp này chưa thể áp dụng trong điều kiện Việt Nam, chủ yếu là do các máy bay sử dụng ở Việt Nam chưa được trang bị các thiết bị kiểm soát độ tin cậy và tham số tới hạn Nếu nhận chuyển giao công nghệ và trang bị các thiết bị này sẽ phải đầu

tư kinh phí rất lớn, không kinh tế

Ở Việt Nam, phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ kết cấu máy bay theo giờ bay và niên hạn tương đối phù hợp đối với các máy bay hàng không dân dụng vì tiêu hao tuổi thọ theo giờ bay và niên hạn tương đối đồng bộ Riêng đối với các máy bay quân sự do chế độ bay, điều kiện bảo quản … khác biệt so với điều kiện khai thác ở nước sản xuất, đặc biệt là mâu thuẫn giữa giờ bay và niên hạn sử dụng, khi tuổi thọ theo niên hạn đã hết nhưng tuổi thọ theo giờ bay vẫn còn 30% đến 40% nên việc xác định tiêu hao tuổi thọ theo giờ bay hoặc niên hạn là chưa hợp lý và gây lãng phí

Quân chủng PK-KQ Việt Nam đã khắc phục tình trạng này bằng kiểm tra tăng hạn, nhưng đây chỉ là giải pháp tình thế Từ đây cũng nảy sinh ý tưởng và mục đích của luận án là tìm một phương pháp thích hợp để tính tiêu hao tuổi thọ kết cấu máy bay trong điều kiện thực tế ở Việt Nam Việc nghiên cứu phương pháp xác định tiêu

hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay góp phần giải quyết vấn đề nêu trên

1.3 Một số khái niệm về mỏi và mỏi gỉ kết cấu máy bay

Vòng đời kết cấu máy bay quân sự ở nước ta trải qua các thời gian chính là bảo quản, đứng nghỉ ở mặt đất, quá trình này chiếm khoảng 95% thời gian, chịu tác động của môi trường khí hậu gây hỏng do gỉ và thời gian chạy trên đường băng, cất hạ cánh và bay theo kế hoach, nhiệm vụ, chiếm khoảng 5% thời gian và chịu tác động của tải cơ động, tải lặp gây hỏng hóc do mỏi Đặc trưng quá trình này là mỏi và gỉ tác dụng đồng thời hoặc đan xen Quá trình này gọi là quá trình mỏi gỉ Một số khái niệm đặc trưng của quá trình này là:

Mỏi là quá trình tích lũy dần dần hỏng hóc trong bản thân vật

liệu, kết cấu dưới tác động của ứng suất thay đổi theo thời gian

Độ bền mỏi là tính chất của vật liệu, kết cấu chống lại quá trình

phá hủy mỏi

Độ bền lâu hay tuổi thọ của vật liệu, kết cấu là khoảng thời

gian làm việc của chúng dưới tác động của một chế độ tải và các yếu tố ảnh hưởng khác mà không bị phá hủy

Giới hạn mỏi là giá trị lớn nhất của ứng suất thay đổi theo thời

gian ứng với một số chu trình ứng suất cơ sở mà mẫu chuẩn không

bị phá hủy

Đường cong mỏi là đường đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa

các ứng suất thay đổi với các số chu trình ứng suất phá hủy tương ứng Ứng suất thay đổi có thể là ứng suất lớn nhất hoặc là biên độ

ứng suất Đường cong mỏi cổ điển có dạng σ = f (N) còn gọi là đường

cong Veller (Wohler's Curve)

Gỉ là quá trình tác động của môi trường (độ ẩm, nhiệt độ, tạp

chất, bụi bẩn… lên bề mặt vật liệu, phá hủy bề mặt theo cơ chế hóa học hoặc ăn mòn điện -hóa

Độ bền mỏi gỉ là tính chất của vật liệu, kết cấu chống lại quá

trình phá hủy mỏi và gỉ đồng thời hoặc đan xen

Các công trình nghiên cứu về phá hủy mỏi cho thấy sự phá huỷ mỏi là kết quả của các biến dạng dẻo và đàn hồi luân phiên nhau, lặp lại nhiều lần, phân bố không đều trên toàn bộ thể tích chi tiết do tính không đồng nhất vật liệu, những hư hỏng đầu tiên xuất hiện trong các vi khối định hướng không thuận lợi so với tác động của tải trọng, chịu trước các ứng suất dư và bị yếu bởi các khuyết tật cục bộ

Tích tụ dần dần, tổng cộng lần lượt những hư hỏng cục bộ bắt đầu

sự phá huỷ tổng thể đối với chi tiết

Quá trình mỏi làm xuất hiện trên bề mặt kim loại các vết nứt tế

vi Các yếu tố môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, tạp chất trong không khí, v.v ) thẩm thấu vào các kẽ nứt, gây gỉ vật liệu Hai quá trình mỏi và

gỉ tác động tương hỗ với nhau tạo nên hỏng hóc tổng hợp (mỏi gỉ) cho vật liệu kết cấu

Đối với lĩnh vực nghiên cứu tuổi thọ vật liệu kết cấu máy bay, các công trình nghiên cứu đã tập trung vào hai loại hợp kim nhôm D16 và B95 là hai hợp kim chủ yếu của kết cấu máy bay Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là bằng thực nghiệm Dưới tác động của tải thay đổi và môi trường ăn mòn, vật liệu bị phá hủy theo cơ chế mỏi

gỉ Hợp kim nhôm D16 và B95 rất nhạy cảm với mỏi gỉ và hầu như không có giới hạn mỏi trong môi trường ăn mòn

1.4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong lĩnh vực độ tin cậy

và tuổi thọ kết cấu máy bay

Nghiên cứu khai thác máy bay theo trạng thái là một trong ba chương trình trọng điểm của ngành Kỹ thuật không quân Để giải quyết vấn đề này các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu vào lĩnh vực độ tin cậy và tuổi thọ máy bay nói chung và kết cấu máy bay nói riêng

Các đề tài nghiên cứu “khai thác có kiểm soát” các máy bay chiến đấu MiG-21BIS, Su-22M3, Su-22M4 và L-39 đã thống kê hỏng hóc trong quá trình khai thác ở điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm, xác định độ tin cậy sử dụng, làm cơ sở xây dựng phương pháp khai thác máy bay theo độ tin cậy

Chương trình “Nghiên cứu khả năng chuyển các máy bay 21BIS và Su-22 của Không quân Việt Nam sang khai thác theo trạng thái” của Quân chủng PK-KQ hợp tác với Viện nghiên cứu khai thác Không quân Nga đã khảo sát sự đáp ứng của máy bay và hệ thống khai thác máy bay của Không quân Việt Nam để nhận chuyển giao công nghệ khai thác máy bay theo trạng thái có kiểm soát tham số với sự hỗ trợ của thiết bị ARMĐK và ĐOZOR

MiG-Viện kỹ thuật và Cục kỹ thuật PK-KQ đã nghiên cứu tổng hợp phương pháp đánh giá độ tin cậy kết cấu máy bay sử dụng trong điều kiện Việt Nam, nhằm xây dựng phương pháp khai thác kết cấu máy bay theo độ tin cậy

Các kết quả nghiên cứu nêu trên được Quân chủng sử dụng làm

cơ sở cho tăng hạn sử dụng kết cấu máy bay và triển khai các giải pháp nâng cao độ tin cậy sử dụng máy bay của Quân chủng

Trong chương trình cấp Nhà nước mang mã số 48D, đề tài

“Nghiên cứu độ bền mỏi gỉ của các kết cấu làm bằng hợp kim nhôm

sử dụng ở vùng khí hậu nhiệt đới ẩm” do Viện sĩ Trương Khánh Châu làm chủ nhiệm đã tập trung nghiên cứu về cơ chế, độ bền mỏi

gỉ của kết cấu làm bằng hợp kim nhôm D16AT và B95 Một số công trình khác của Viện kỹ thuật PK-KQ tiếp tục nghiên cứu theo hướng trên

Tổng quan về các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này có thể rút ra một số điều như sau:

Ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi thọ kết cấu là ứng suất mỏi, sinh ra

do tác động của tải lặp và sự lão hóa (gỉ) của kết cấu Đối với máy bay quân sự có tính cơ động cao, tần số lặp của tải đối với các bài bay huấn luyện, cơ động chiến đấu khác nhau cũng khác nhau và tổn thất mỏi ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi thọ kết cấu

Việc xác định tuổi thọ mỏi gỉ cho kết cấu máy bay thường được giải quyết bằng thực nghiệm, thông qua các phần tử hoặc tổng thể kết cấu Thông thường phần tử kết cấu được mô phỏng thành mẫu thử và thử nghiệm để xây dựng đường cong mỏi Các phần tử kết cấu máy bay cần thử nghiệm xác định tuổi thọ có thể là vỏ bọc chịu lực, khung, sườn, xà, nẹp

Đối với lĩnh vực nghiên cứu tuổi thọ vật liệu kết cấu máy bay, các công trình nghiên cứu đã tập trung vào hai loại hợp kim nhôm D16AT và B95 là hai loại hợp kim chủ yếu của kết cấu máy bay Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là bằng thực nghiệm

1.5 Tổng quan về nghiên cứu giải mã và số hóa các tham số bay trên thiết bị kiểm tra khách quan của máy bay

Trên bất kỳ máy bay nào, Nhà sản xuất máy bay cũng đều trang

bị hệ thống kiểm tra khách quan các tham số bay hay còn gọi là “hộp đen” Số liệu này được đọc và ghi lại sau mỗi chuyến bay với mục đích giảng bình, kiểm tra bay và tìm nguyên nhân tai nạn Thực hiện

đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống kiểm tra khách quan KQ-SAP-12 thay tế hệ thống SARPP-12 trên máy bay L-39, MIG-21

và MI-8” và dự án sản xuất thử nghiệm cấp Nhà nước, Viện kỹ thuật PK-KQ đã nghiên cứu thành công việc giải mã, đọc tham số bay và phân tích chúng theo phần mềm trên máy tính Sau mỗi chuyến bay,

thiết bị mặt đất được cắm vào máy bay thu số liệu từ thiết bị gắn trên

máy bay, không cần tháo “hộp đen” xuống như trước

Các nhà nghiên cứu đã bắt đầu sử dụng các số liệu trên “hộp

đen” cho mục đích nghiên cứu tuổi thọ mỏi của kết cấu thông qua

việc phân tích phổ tải lên kết cấu, đánh giá mức độ chịu tải của kết

cấu và các phần tử kết cấu Kết quả đã xác định được cường độ phá

hủy mỏi các phần tử kết cấu, phân chia các bài bay thành nhóm theo

mức độ ảnh hưởng đến tuổi thọ

1.6 Tổng quan về máy bay và kết cấu máy bay L-39

Máy bay L-39 là loại máy bay huấn luyện hai chỗ ngồi với động

cơ tuabin phản lực, dùng để huấn luyện sơ cấp và nâng cấp phi công

trước khi chuyển sang bay máy bay chiến đấu Khi cần nó có thể sử

dụng như máy bay chiến đấu và tấn công mặt đất Một số tính năng

kỹ thuật cơ bản của máy bay: khối lượng cất cánh lớn nhất là 4.701

kg, khối lượng hạ cánh lớn nhất là 4.600 kg Máy bay lắp động cơ

AI-25TL, vận tốc lớn nhất là 890 km/h, số M lớn nhất là 0,8 Hệ số quá tải đứng ny với G = 4200 kg bằng - 1 đến 6

Kết cấu máy bay L-39 bao gồm thân, cánh và đuôi Kết cấu thân

kiểu truyền thống gồm 46 khung thân, 16 nẹp dọc và vỏ bọc Thân

máy bay gồm phần trước và phần sau, được nối với nhau bằng các ốc

cấy tháo lắp được từ phía ngoài thân

Cánh máy bay có kết cấu liền trái, phải, gồm có vỏ bọc, 14

sườn, 7 nẹp dọc và 3 dầm Các nẹp có mặt cắt hình chữ L, dầm

trước, sau và sườn có mặt cặt hình chữ C, dầm giữa có mặt cắt chữ I

Các dầm, vỏ bọc và nẹp cánh được làm từ vật liệu D16AT, các sườn

làm từ vật liệu B-95

Đuôi máy bay gồm đuôi đứng và đuôi ngang, có kết cấu kiểu

truyền thống với kết cấu bao gồm dầm, sườn, nẹp dọc và vỏ bọc

Tuổi thọ do Nhà sản xuất ấn định cho máy bay L-39 là 4.500

giờ bay và 25 năm, chế độ bảo dưỡng định kỳ theo 100 giờ, 200 giờ

bay Nhà máy A41 Quân chủng PK-KQ đã thực hiện thành công dự

án sửa chữa lớn máy bay L-39 kết hợp tăng hạn lên trên 30 năm

Với kết cấu máy bay L-39, phần vỏ bọc gốc cánh (mặt dưới) là

một trong các phần tử hay bị hỏng do rạn nứt và gỉ Chúng chịu tải

kéo xung, nằm gần trọng tâm máy bay Phần tử này cũng nằm ở phía

dưới, chịu tác động trực tiếp của môi trường ẩm, khí hậu, bụi bẩn khi

máy bay cất, hạ cánh Vì vậy nó được luận án chọn làm đối tượng

khảo sát tiêu hao tuổi thọ thực tế

1.7 Kết luận chương I

Tiêu hao tuổi thọ kết cấu máy bay và phương pháp xác định chúng trong hệ thống khai thác hiện hành đang tồn tại nhiều bất cập cần nghiên cứu giải quyết Bất cập lớn nhất là mâu thuẫn giữa tiêu hao tuổi thọ theo giờ bay và theo niên hạn Việc nghiên cứu tìm phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế, trong đó xét đến ảnh hưởng của cả hai yếu tố “giờ bay” và “niên hạn” góp phần giải quyết vấn đề nêu trên Đây cũng là mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài luận án này

2 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TIÊU HAO TUỔI THỌ THỰC TẾ CỦA KẾT CẤU MÁY BAY 2.1 Sự cần thiết phải xây dựng phương pháp

Trong hệ thống khai thác kết cấu máy bay theo định kỳ hiện hành, mâu thuẫn giữa tiêu hao tuổi thọ kết cấu theo giờ bay và theo niên hạn đang là vấn đề nổi cộm Khái niệm tiêu hao tuổi thọ thực tế trong đó đã tính đến ảnh hưởng yếu tố giờ bay và niên hạn có thể góp phần giải quyết mâu thuẫn trên

Vì vậy, nghiên cứu phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực

tế của kết cấu máy bay là việc làm cần thiết, góp phần giải quyết vấn

đề nêu trên

2.2 Cơ sở khoa học để xây dựng phương pháp

Cơ sở khoa học để xây dựng phương pháp là sự đánh giá định lượng các yếu tố ảnh hưởng (bài bay, kỹ thuật lái, môi trường khí hậu và niên hạn) đến tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay

2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao tuổi thọ kết cấu

2.2.1.1 Ảnh hưởng của điều kiện môi trường, khí hậu

Nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Việt Nam đã công bố kết quả nghiên cứu ăn mòn khí quyển theo các vùng núi (I), thành phố công nghiệp (II) và ven biển (III), được tổng hợp trong bảng 2.2 và đồ thị hình 2.5

Bảng 2.2 Ăn mòn khí quyển đối với hợp kim D16AT, tính bằng mg/m 2

I 0,88 0,24 0,78 2,56 3.32 3,56 3.64

II 8,00 0,42 6,53 16,74 18,76 19.01 19,05 III 1,80 0,00 1,80 9,00 18,00 27,00 36,00

Hình 2.5 Mức độ gỉ của mẫu hợp kim nhôm D16AT có độ dày 2 mm

ở các vùng và thời gian khác nhau

I- Vùng núi, II- vùng thành phố, III- vùng ven biển

2.2.1.2 Ảnh hưởng của chế độ bay

Các số liệu về mức độ gỉ của hợp kim nhôm theo thời gian và vùng khí hậu là cơ sở để đánh giá tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay

Chế độ bay (bài bay) quyết định đến tải tác động lên kết cấu và

có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền và tuổi thọ kết cấu Khi thực hiện các động tác cơ động như thay đổi độ cao, tốc độ bay, nhào lộn, thắt vòng, gió, khi hạ, cất cánh chạy đà trên đường băng gồ ghề, v.v sẽ gây tải 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 bài bay (hình 2.6)

Hình 2.6 Tần số lặp tích hợp trung bình của tải đối với các bài bay

1 Công kích mục tiêu trên không; 2 Trinh sát thời tiết; 3 Bay vòng kín; 4 Bay đường dài; 5 Bay không vực cơ động trung bình; 6 Đánh chặn; 7 Tấn công mục tiêu mặt đất;

8 Bay không vực cơ động cao

2.2.1.3 Ảnh hưởng của kỹ thuật lái của các phi công

Ảnh hưởng của kỹ thuật lái của phi công lên tiêu hao tuổi thọ thực tế của máy bay có thể đánh giá bằng phân tích số liệu về tải của

hệ thống kiểm tra khách quan lắp trên máy bay, xác định tần số tải lặp của nhiều chuyến bay của nhiều phi công khác nhau Kết quả cho thấy khi phi công có kỹ thuật bay tốt thì tải lên kết cấu sẽ đúng như quy định trong nội dung bài bay, khi kỹ thuật bay của phi công chưa tốt do trình độ, tâm lý hoặc chưa có kinh nghiệm bay thì tải sẽ không đúng như quy định, có khi còn có những đột biến

2.2.2 Khả năng kiểm soát và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ kết cấu máy bay

- Tải lên kết cấu máy bay gây ra do bài bay, kỹ thuật lái của phi công, gió, trạng thái đường băng cất hạ cánh, v.v Phân tích các số liệu về phổ tải của hệ thống kiểm tra khách quan hay còn gọi là “hộp đen” của máy bay có thể đánh giá ảnh hưởng tổng thể của các yếu tố trên

- Ảnh hưởng của điều kiện môi trường, khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm,

độ ô nhiễm không khí, niên hạn sử dụng, v,v ) lên tuổi thọ kết cấu

có thể được đánh giá bằng phương pháp thực nghiệm Tiến hành phơi mẫu trong các điều kiện môi trường, vùng khí hậu khác nhau và theo niên hạn lấy về thử mỏi gỉ trên máy thử, có thể đánh giá ảnh hưởng tổng thể của các yếu tố nêu trên

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

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 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: