Повышение надежности авиационных шин тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

г Л ^

Научно-исследовательский институт

О X

>-> • шинной промышленности

ШИШ

На правах рукописи

Гитмейер Леонид Иосифович

УДК 678. 065:629. 7.017.1

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ АВИАЦИОННЫХ ШИН

Специальность 01. 02.06 -динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва -1993г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте шинной промышленности (НИИШП).

Научный руководитель

-доктор технических наук, профессор Москаленко Е Н.

Официальные оппоненты: -доктор технических наук,

профессор " Ицкович А. А.

-кандидат технических наук, Ядров Е. А.

Ведушдя организация - Государственный Научно-исследовательский

институт Гражданской авиации

Защита диссертации состоится " И " 1993г.

часов на заседании специализированного совета £ ^ ^ по присуждению учёной степени кандидата технических наук Научно-исследовательского института шинной промышленности (Москва, 105118, ул. Буракова,27).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-иссле-: довательского института шинной промышленности.

Автореферат разослан 1993г.

Учёный секретарь специализированного

совета, кандидат технических наук Андреев Л. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ : К современным авиационным шинам пассажирских самолётов предъявляются высокие требования по радиальным нагрузкам, взлётно-посадочным скоростям, надёжности,. экономичности к дру-' гим. Эти требования воплощаются как с"позиций разработки пин новых конструкций, так и изучения и использования запасов прочности и надёжности, заложенных в авиационных шинах.

Вопросам изучения надёжности (безотказности, долговечности и ремонтопригодности) авиационных шин уделяется всё большее внимание. Это объясняется тем, что повышение долговечности шик путём многократкого восстановительного ремонта методом наложения ноеого'протектора весьма эффективно, и нашло широкое применение в мировой практике.

Однако значительное число шин, снимаемых с эксплуатации по механическим повреждениям (в среднем 20£), как в кашей стране так и за рубежом, не только ограничивает средний ресурс пин до восстановительного ремонта, но и существенно снижает их ремонтопригодность, что приводит к значительным экономическим потерям, ухудшению экологической обстановки из-за малого использования авиашин не по прямому назначении и практически неразработанной технологии их регенерации.

В мировой практике имеются способы заняты ¡кик от механических повреждений путём введения в их конструкцию специальных защитных слоев из различных материалов, в том числе выполненных на основе ке-таллокорда, применения резин повышенной жёсткости и другие. В зарубежных проспектах приводятся материалы о расширении упреждающих допусков на ремонт авиационных шин.

С другой стороны информация по указанным мерам, в основном, рекламного характера и в открытой публикации практически нет работ по экономической эффективности и уровню надежности таких шин, что и обусловило необходимость проведения исследований по надёжности авиационных шин и возможнрсти повышения её показателей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка методов повышения надёжности и эконому КССТИ ЗКСПЛу&ТЗЦПП ЕИН ^оССй/гиТрСКИл СаКЮЛЭТОВ ПрИ К0рМИру&М0«1 УР0ВЕ6 безопасности.

Е4УЧНАЯ НОВИЗНА. Е настоящей работе впервые в отечественной практика проведено исследование показателей надёжности авиационных шин в связи с их консгрукгквнши и эксплуатационными характеристиками в результате чего предложены методы прогнозирования по даннш лабораторные и эксплуатационных испытаний таких свойств надёжности как долговечность, безотказность, ремонтопригодность.

Предложены и обоснованы лабораторные методы испытаний авиацион-

кых шин к

1 определение сопротивления механическим повреждениям путём прокола резкнокердкого композита шины жёстким стальным индентором;

2 оценку надёжности и безопасности на этапе эксплуатации путём определения прочности внутренним гидравлическим давлением;

3 определение полного среднего ресурса и вероятности безотказной работы путём ускоренных динамических испытаний при повышенном обжа-ТЛИ шины.

Разработан расчётный метод оценки и прогнозирования долговечности авиационных шин с учётом восстановления и статистической зависимости механических повреждений от износа протектора.

ПРАКГ КЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ К РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. На основании предложенные экспериментальных методов испытаний и подконтрольной лётной эксплуатации даны рекомендации по расширенны;,! упреждающим допускам на эксплуатацию ряда 'авиашик^ среди которых 930x305,1300x480 и 1450x450, установленные на скоростных нагруженных самолётах ТУ-154, ТУ-134, ЯК-42, ИЛ-86 и ИЛ-62. По результатам работы Министерством гражданской авиации выданы "Указания" Управлениям гражданской авиации об эксплуатации авиашин с расширенным;! допусками на их отбраковку (N0 Е95/У от 31.05.83г., Мо „23.1.7-108 от 21.12.89г., N0 23.1.7-43 от СЗ. 09.91г.).

С учётом выявленных закономерностей разработаны модернизированные авиационные шины ряда типоразмеров с усиливающим слоем в бреке-ре.

Расчётный экономический эффект от применения трёхкратно восстановленных шин 1300x480 составит на парк самолётов а/п Шереметьево не менее 700 тыс. руб. (в ценах 1991г.).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ, включают:

метод определения сопротивления проколам пневматических шин;

метод ускоренных стендовых испытаний авиашин с прогнозированием показателей долговечности и безотказности;

математическую модель долговечности авиашин с учётом восстановления и статистической зависимости механических повреждений от износа протектора;

результаты анализа и прогнозирования долговечности при уровне нормируемой безопасности авиационных шин 1300х 480 самолётов КЯ-85 в а/п Шереметьево.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и экспонировались на следующих научно-технических конференциях:

-"Совершенствование методов обслуживания и ремонта авиационной техники"(1987г. ,г. Киев).

-"Проблемы шин и резинокордных композитов"(1989г. ,г.Москва).

-"Проблемы шин и резинокордных композитов. Прочность и долговечность^ 1990г. ,г. Москва).

-"Математическое моделирование ресурса пневматических шин"( 1991г. , г. Днепропетровск).

-"Проблемы шин и резинокордных композитов. Нелинейность и поста-

ционарноеть"(1991г. .Москва).

ДУБЛИНЕ! Но материалам диссертационной работы о п у б лико в ан о 4 статьи в научно-технических сборниках и журналах, получено авторское

/-5 -то • г гтгч-з тт^ Гкт'пл тг Г'^'-п^.гтт

иагаДг?.* стихии а ¿з<_/ а. иа±

СТРУКТУРА И" ОЕЬЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глаз основного текста, знводоз, списка литературы и приложений. Общий обь^м работьМ 80 страниц. Работа содерл.лт 24 иллюстрации и 27 .таблиц. Список литературы включает 107 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ-РАБОТЫ

ЕЕ2ДЕЕ-Е. Обоснование актуальности работы, ее целенаправленность.

ГЕг'ЕАЯ ГЛАВА. Еклкчает обзор работ, посвященных вопросам изучения влияния различных факторов на ресурс пневматических айн. Анализ материалов показывает, что значительное одело вин как диагональной конструкции, так и с каркасом радиального построения, 20-бол» выходит из строя по механическим повре^кд аншш от посторонних предметов, находятся ка покрыт и. ОссСс-е значение проблема повреждаемости приобретает для авиационных юга, ебяадаюпдех запасом прочности и г. а ~ т о сти, обг?с Пг^чивайцим безопас кую эксплуатацию воздушных судов« 1 ПиььгЛ'гякая повре^да^ыссть авиационных шин скилает их надежность, в среДпт;-.: 20/^ авиашнк с Механическими повреждениями не вырабатывают ресурс до восстановительного ремонта и нэ пригодны к дальнейшей зке-плуатацпн.

лсра?урс имеются материалы по воздействию на шины местных препятствий различного рода. Большой обьвм экспериментальных и зке- . пер^екгалько-теоретических работ по воздействию ка автомобильные пины конусных препятствий был проведен Гуслицером Р. Л., Букиным1 Б. Л , Рекитаром 1.1 К , Ивановой Б. П.. Были выявлены основные конструктивно-эксплуатационные факторы стойкости шин к местным воздействиям, разработаны статические и динамические методы испытаний шин.

Е то же время механизм разрушения посторонними предметами авиа-ХХ'ЯНЫХ син отличается от ксследованкого механизма разрушения авто-

мобильных шин. На авиационных пинах наблюдается проколы ревинокорд-ного композита, автомобильные иикы .разрушаются преимущественно от превышения напряжений з нитях; корда з результате продав лизания."

Воздействием цилиндрического квдентора и нежа на резину протектора крупногабаритных пин и резинотехнических изделий занимались До-зорцэв М- С. и Зуев Ю. С., которые выявили основные закономерности прокола и разрезания резин, в то же время окк не ставили вопрос повышения стойкости к механическим повреждениям каркаса ей.

Анализ литературных материалов и проведенных работ показывает 'необходимость изучения специфического механизма повреждения авиационных шин с целью разработка катодов защиты шга от механических повреждений и обоснования их эффективности. Другим не менее важьпл направлением является обоснование оптимальных допусков на механические повреждения, обеспечивающих повышение долговечности и ремонтопригодности шин.

ВО ЕТОРОИ ГЛАЕЕ рассматриваются вопросы изучения долговечности, ремонтопригодности и безотказности шин на пассажирских самолетах. В результате сбора информации были получены сведения по 12 тысячам шин, снятых с самолетов ТУ-154, ТУ—134, РШ-62, Ш1~<2с, /¿Л~1*0, ЯК-42, АН-24. Предварительный анализ данных показал, что среди основных причин выхода иин из эксплуатации механические повреждения составляют в среднем 24Х шин, остальные 75£ -износ протектора. Ввиду того, что существует связь механических повреждений пк.е от износа протектора, изучение факторов износа имеет существенное значение.

С использованием регрессионного анализа определена зависимость среднего ресурса до восстановительного ремонта от посадочной скорости самолёта. Расчётный ресурс отклоняется от фактическсго на 4-8%.

При помощи метода дисперсионного анализа установлено сущестзек-ное влияние на ресурс шин условий их эксплуатации в том или пнем базовом аэропорту.

- в -

Разработаны способы определения суммарного коэффициента ремонте пригодности авиационных шн по результатам осмотра их технического состояния в эксплуатации и по данным записей в паспортах на шины,

и

отмечена его зависимость от степени износа протектора и глубины механических повреждений в слоях корда.

Определён уровень числа мин, снятых с эксплуатации по редким причинам, в том числе по разрушениям. Случаев разрушения шин из-за механических повреждений не зарегистрировано.

5 ТРЕТЬЕЙ ГЛАРл приведены результаты исследований по экспериментальному определению влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на вознжкоьэкль механически/, повреждений авиационных шин, обсенов'адо применение способа гидравлических испытаний шин на стадии эксплуатации, пръляотн способ ускоренных динамических испытаний шин

при по; глкнног/ обллтк'л.

С праь»ж»нием методов теории подобия и анализа размерностей создана катематич^сг-ла модель поьреадения шины. Описание модели можно представить следу/:;::;:!,! образом:

fe. литературно к предварительных экспериментальных данных установлено качественное миянио на глубину повреждений^) ряда факторе-,. С-то: D/H -отк.>прни€» диаметра сферы индентора к расстоянию его конца от опорной поверхности,"вылету"; h/h(l) -отношение толщины протектора Е эксплуатации к толщине подканавочного слоя; H/h -отношение "вылета" индентора к толщине протектора; 5»ГСпр)-условное напря-прокола р&ълш протектора; (eni)-жёсткость каркаса шины (е- модул; нити. п- число слоев корда, i- частота нитей) ; р(О)- внутреннее давление воздуха з шине;Ы - неучтённые особенности конструкции протектора и Орекера шины. Использование методов теории подобия и анализ размерностей позволили установить критериальное уравнение, свя-изучаемые факторы. Функциональная зависимость меаду исследуемыми факторам.", будет иметь вид:

2-S

------ А(0)-(0/Н)ла.(ЬЛ1(1))лЬ (НЛ1)лс(р(0)/3)'й'Нлк (1)

(eni)

.Сопоставление результатов расчёта-по формуле (1)- с экспериментальными данными показывает, что с достаточной для практики точностью величины Ь и с могут быть приняты равными нулю. Так, уменъше-ние отношения h/h(l) в два раза приводит к увеличению глубины прокола всего на 2%. Поэтому уравнение (1) примет вид: Z'S

-----= А(0) • (D/H)• (р(0)/S)' 1Гк (2)

(eni)

Для определения коэффициентов уравнения (2) составлен полный факторный эксперимент (Ш8) типа 2"3, согласно которому были проье-дены испытания на прокол шести авиационных шин размера 930x505 мод. 10А. Три шины с восстановленным протектором отличались от ковнх тем, что в зоне протектора над резиновым брекером был положен дополнительный слой разреженного корда, повышающего стойкость шины к механическим повредцениям.

Эксперимент на прокол проведен путём обжатия шин на плоскую стальную пластину, установленную на прессе ОПШ-ЗО. В центре контакта шины с пластиной был установлен лёсткий стальной индектор с полусферическим концом. Радиальная нагрузка на каждую шину была вывдена исходя из условия её эксплуатационного обжатия, равного 32%, от высоты профиля надутой шины над ребордой колеса.

В результате проведения эксперимента и выполнения необходимых математических преобразований окончательно получено:

Z'S -3,932 -1,370 0,1232 -0,547

----- = е (D/H) (pCO)/S) Н (3)

eni

Эта формула позволяет определить степень влияния исследуемых

¡[^клиров на процесс повреждения шин и стойкость последних к порезак и проколам.

Еа основании уравнения (3) получена также зависимость глубинь прокола от исследуемых параметров шины (табл.1).

Таблица 1.

Влияние изменения параметров шин на глубину прокола

Параметр

Изменение,(проц.)

параметра I глубины про! кола

ловкое напряжние прокола +10 -10

индентора +13 +18

утреннее давление воздуха в шине +40 +5

с:кость каркаса +10 +10

Лй табл. 1. видно,что наибольшее влияние на глубину прокола оказы-/-четкость каркаса, условное напряжение прокола резины протектора и "вылет" индектсрц. Применение в конструкции шины армирующего слон позволяет уменьшить глубину прокола на 30%.

пг< основании созданной математической модели и способа испытаний разработана методика по определению характеристики прокола авиашины.

шины 1300x480 кол. 4,снятые в процессе эксплуатации по механическим повреждениям, были подвергнуты испытаниям на прочность внутренним гидравлическим давлением. Шины отбирались с глубиной повреждений 4-5 слоев корда, длиной 10-27 мм, количеством повреждений 1-8. Испытания тин проводились в камере на разрушение гидравликой в соответствии с 7Лейетвущ*й методикой. Результаты испытаний показали, что разрушение шин происходило при давлении равном 47-57 кгс/см"2, что

с007е8тству6т тблкячвским условиям к& к0вы8 шикы (кирмэ- нэ 40

т/ч-» /1 /п1<Л<3\ ГТгч ^ч^п^тл^т *"\ ТЛ' тгтт^ тт Т*гт ттгттт I *ж\ утч» г\ «-» т%» пг> г •»»-. пя тлг,-

nj.li/Lim л-) • сру ^/о,ор,ушсгп*1Л ш/хпгй ^аиасл*! рсл-оус^д аи г-и

роне от борта до борта, или разрушение бортовых колец кг:--: с крестообразным, так и с диагональным разрывом каркаса. На.некоторых киках разрыв каркаса произошёл по месту максимального механического повреждения в эксплуатации, однако, независимо от этого разрушающее давление составило 53-54 кгс/см'й.

С целью прогноза надежности шин и рассмотрения процесса развития механических повреждений была поставлена задача по разработке методики ускоренных динамических испытаний. В настоящей рз.боте был соз-

дая способ кспытвяйя шин с с бжс1т и 'в м, пр8вызаю1цвм зкспл/ е,твц110нкоэ 3 1,3-1,8 раз, за счёт чего их наработка снижается в 10-25 раз соответственно. В результате испытаний может быть получена количественная информация о наработке, которая путём расчета по состветстьухцгй математической модели приводится к показателям долговечности и безотказности и сравнивается с заданным их уровнем. Штэматичзекая модель выбирается из следущих соображений.

Известно, что с увеличением амплитуды знакопеременной нагрузки количество циклов до разрушения изделия уменьшается, а зависимость числа циклов от амплитуды нагрузки (криза? Беллера) хорошо описывается логарифмической зависимостью. Дня резикокордных образцов предложена зависимость:

И = 1пу = к-г + Ь (4)

где у - предельное число циклов до разрушения; г - величина статической нагрузки на образец во время испытаний; к и Ь - постоянные.

Регрессионная зависимость (4) приводится к виду Тм =т при по-моцк анализа нормируемых отклонений.

Тогда после математических преобразований: За

Иг = г----(X - !Ы) +1£и, (5)

БХ

где: Iii - прогнозируемая величина In у; х - величина перегрузки 'ühli; Mx.Mu - средние величины; Sjc.Su- средние квадратичные отклонения величин; г - коэффициент корреляции.

Для определения усталостной прочности были проведены динамические испытания шж. В результате было показано, что размеры механических повреждений не возрасли, а исследуемые шины сняты с испытаний по 1-15лому каркаса над бортом с оСшим путём качения 702000-903500 м (коэффициент перегрузки 1,5) и 26000-39000 м (коэффициент перегрузки 1,7).

Предполагая зависимость предельного числа циклов, прошедших шинами до разрушения, аналогичной зависимости (4), можно прогнозировать наработку шик по зависимости (5) при х=1, что равнозначно эксп-хуа-г^циоаной нагрузке объектов.

С учётом результатов испытаний и выборочных сведений о разрушении. s:ia е эксллуел'н.й^и вероятность !:ор{1ведения самолёта по вине шин I'cas.'.ur Fe - а{ср) -Fi3 , где а(ср) - вероятность разрушения шины в ре-¿ул:;ге.?е кспытыкий. Рв- верхний предел вероятности повреждения са-по tiikv р?.лрушения шин. Уж противоположное событие, вероятность безотказной работы будет определяться как; Р = 1 -Рс. Расчёт, про:еденный для шик !Э30х480 мод. 4Д показал, что вероятность безот-K'ai.HOi'i работы самолета М-85 из-за разрушения этих шин будет равна колеруемой величин? безопасности: Р = 0,93939. Результат вычислений zopoa» согласуете?, с требованиями к надёжности шин, приведенными 2 нормах летной годности самолётов.

Кз зависимости (5) определено,что средняя прогнозируемая величина заработки каркаса шины у равна '1400 взлёто-посадок (в.п.). Этс ü"ih";t!i.;eT, что при средней наработке до восстановительного ремонте wi'U-i 13X7:450 равно!'; 160 в. п. из условия выносливости материала эти 1!1ин=: способны Еыдерзяать в среднем 7-8 восстановлений, а при нормиру-

- 13 -

емой безопасности - 3-х кратное восстановление.

По результатам осмотра шин в процессе эксплуатации было выявлено, что количество мехповреждений с параметрами: длиной £5-10 мм и глубиной до 5-ого слоя корда встречаются редко и составляют «¿нее 31 от остальных повреждений. Сложность отбора таких шин в эксплуатации не позволяет провести их испытания, поэтому с целью обоснования максимально допустимых размеров мехповреэдений дополнительно к повреждениям, полученным шиной в процессе её работы, специальным приспособлением были нанесены 8 порезоЕ. Размеры порезов составляли по длине 40-50 мм, по глубине 5-7 слоев корда.

На основании, выявленной закономерности предельной наработки от обжатия и вида разрушения в процессе ускоренных испытаний колно сделать предположения, что развитие параметров поврежден л.1 имеет монотонный характер, а .закономерность их развития к тому ч-э подо;-!» закономерности'на этапе эксплуатации. В первом прибл;«?нй11 ро.;вкт;;е повреждений следует линейной зависимости от фактора наоаОотки (1г<у>.

Считается, что параметр разрушения (Л) (размер расслоений или разрушений каркаса) достигает одной и той ка предельной ь.-лнчии;,; (А*) независимо от степени обжатия шины в процессе пель;уа;-шй. Это даёт основания для прогноза предельной эксплуатационной к-:работки шин по результатам незавершённых испытаний.

Шина прошла на стенде при х=1,3 -36 взлето-посадок. В результате осмотра определено, что глубина порезов не увеличилась., а ддта>а ж возрасла не более, чем на 5% от первоначальной. Шло покр.г&но, что эквивалентная стендовая наработка превышает среднюю эксплуатационную в 2 раза.

На основании положительных результатов комплекса испытаний выданы рекомендации для эксплуатации шин размеров 1300х<;.80 мод. 4А и 1450x450 мод. бЛ на самолётах ИЛ-86 и ИЛ-62 с повреждениями до 4-го слоя корда каркаса включительно, длиной до 40 мм, количество:; до шести повреждений. Рекомендации внедрены на предприятиях грауделской

авиации.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ представлены результаты оценки надёжности авиационных шин с механическими повреждениями, на этапе эксплуатации, а такхе результаты испытаний ншн с повышенным сопротивлением механическим пов решениям.

Подконтрольную эксплуатацию прошли 664 шины 1300x480 мод. 4А с механическими повреждениями. В табл. 2 дано выборочное количество и процент авиашин, прошедших подконтрольную эксплуатацию в пределах д^'мтьущих и расширенных упреждающих допусков и их наработка.

Таблица 2.

Количество, процент и наработка шин при подконтрольной эксплуатации в пределах действующих и расширенных допусков

Об'лее !С изношенным ! С ыехповреждениями !протектором !

!!!!!** | I ****

ит ''кара-гк? I про-! нара-! до 2-ого слоя! до 4-го слоя! Свыше

! ботка! ! цен-! ботка! корда 1 корда ! 4-х слоев

! ьзл/ I ' ты Iвзл/ ! ! !корда

!нос ' ! 1 пос !-----------------------------------------

! ! ! ' ! шт! про-'нара-! шт! про-! нара-! шт! про-! нара-

' ! ! ! 1 ! цен-! ботка! !цен-!бот- ! ¡цен ¡ботка

! ! ! ! ! ! ты ! взл/ ' 1 ты !ка ! I ты ! взл/

' ! ! ! I ! ! пос I ! ! ! ! Iпос

А

189 165 112 59 150 39 21 91 98 52 113 77 41" 142

* Выборочное количество шин по результатам анализа паспортных дан-

ННХ На ШИНЫ.

** шины продолжают эксплуатироваться по действующим допускам.

*** Шины должны быть сняты по действующем допускам, но продолжает

эксплуатироваться в соответствии с новыми нормами.

л*** Шины сняты, так как, повреждения превышают установленные нормы.

Из табл. 2 следует,

КОЛИЧЕСТВО ШШЧЕСШ ВОВГЕХДЕИКЯ В ЗАЕКСНЙ0СТ8 ОТ И ШКВ I ГЛУБШ

3-1 ело«

II, ВТ.

X 300

0

1

II 250 Ч t

С 2С0 : в

о 150 П

О 100

г р

С 50 X

д

е 0

1-5 6-10 '.1-15 15-го 21-25 26-30 31-35 36-40

L. кн.

шва,

3-1 слов

СВШК 5 слоя

1-5

6-10

11-15

16-20

и шбш, ь, п.

й а- згехсхиосп or дшв. {- завгаиссп от габш.

Ряс. 1,

что с расширением допусков на механические повреждения средняя наработка возрастает со 113 в .п. до 142 в. п., что составляет около 267» прироста наработки. В процессе и одко н?роль н ой лётной эксплуатации КпН с целью определении фактических размеров повреждений и кинетики их раз в ития произ г* е де н ы замеры глубины и длины повреждений к Фиксировалось их количество. На всех винах <5ыхэ обнаружено 650 порезов с повреждением 2-х слоев корда каркаса и зыке. Зависимость количества повреждений от длины и глубины приведен» нл

рис.1. Из рис.1 видно, что наибольшее количество (30%) повре.чденкй

имеют длину (6-15) мм, 3% (26-40) мм. Наибольшее число повреждений (75%) глубиной 6-10 мм. (до 5-го слоя корда).

На части шин были произведены замеры длины и глубины повреждений с целью определения кинетики их развития. На 23-х обследованных шинах разрастания размеров механических повреждений не происходило. Рыли такл» произведены замеры параметров повреждений на 5 шинах в процессе их динамических испытаний с повышенным обжатием, показавшие, что размеры повреждений не возрасли.

Б процессе подконтрольной лётной эксплуатации авиационных шин ряда размеров, проведенными НИШП совместно с ГоеНШ ГА показано, что применение в винах брекера с усиливающим слоем (стальной рубленной проволокой) повышает их сопротивление механическим повреждениям.

Б табл. 3. приведены обобщённые данные о работоспособности шин ЭЗОхЗОЗмод. 10АП с усиливающим слоем в брекере в сравнении с серийными шинами. В процессе испытаний разрушений шин не было.

Таблица 3.

Обобщенные данные о работоспособности шин 930x305 мод. 10А и мод. 10АП

Причины выхода шин

Количество шин

из эксплуатации

Модель 10А ! Модель 10АП (серийная) I (опытная)

По износу протектора, шт. (проц.) По порезам и проколам, шт. (проц.) Общое, ыт.

102 (59) 70 (41) 172

132 (78) 36 (22) 108

Во время испытаний установлено, что средняя наработка опытных шин. с усиливающим слоем ка 20% выше, чем серийных.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ поставлена и решена задача повышения прогнозируемой надёжности авиационных шин с учётом восстановления п статистической зависимости механических повреждений от износа протектора. Одна из расчётных моделей выхода шин из эксплуатации отнозанз на независимости механизмов износа и повреждения. Б соответствии с этим средний пробег шик будет равен:

что до пробега Т км яигаа не выйдет из строя по :-;зкссу. ловр5;нде:-п:£.

Если вероятность выхода ш по механически зозрекцекжм выражается экспоненциальным законом, то механические повреждения такого рода могут возникнуть в результате прокола шин гвоздям1! пли похожет предметами, например, отрезками проволоки, которые вьзодят цпну из строя независимо от степени износа протектора. В то мэ время значительная часть механических повреждений шин зависит от износа протектора. Такие повреждения происходят при наезде на о:колкп камней, стекла или другие аналогичные посторонние предметы. Поэтому целесообразно рассматривать задачу об экономической зо^гктязносга гкс-ллуз-тации шин при которой происходит их снятие при неполном износе протектора с целью восстановления, возможно, многократкого. Вышеуказанная модель не даёт возможности решать такую задачу.

Для вывода зависимости, описызавцей выгод шик по механически:.; повреждениям допущено, что величина износа протектора изменяется линейно от наработки.

Данные по наработке шик, снятых как по износу так и по механическим повреждениям, распределены по интервалам наработки. На основании вышапринятого допущения считается, что силы, снятые по износу в любом из указанных интервалов имеют линейную зависимость поноса от

Б

Р^СГ).Рг(Т)- вероятность того, (5)

О

пара'ллг^^ь^сдпопп^и (1£'Пиьа; .

ТТ« тгт-гс^ т*/^ * тттл п «.лтгт^лш*. плпппгпттлп,!..-

механическим повреждениям зависит только от Ь кзкоса протектора.

Тогда —плотность вероятности выхода из строя по механическим

повреждениям на участке <ЕГ.

Для определения функции Р(Ь) необходимо проведение специальной серии экспериментов. Для исключения на первой стадии этой серии экспериментов будем приближенно считать, что для каждой отдельной реализации йп/сГГ = ссязЬ. Тогда находим общее число ¡пин, выбывших по мехповреждениям на участке {Т.Т-кП): Рм(Т)йТ , (7)

где: <« Т

Ри(1)=|с(Т*)Сегр(-| Р( ЬСГ*, ей)Р(Г*,Т))]ЙТ* (8) I о

Т7-\ тт>-\ -л гт Т_Т"_ж- V и— мг.-ч V « ттпЛт!» г ттк г» тг ггтт*" т?» ^Л! т *пт1пг тт г> пютТ'Л'"'*^ тт*л тг»т«-» г»-,

а.г. мил-ьсм лаш ш ^¿и^и шЛп, ¿эсципшшАал. 1а\-/ пойиь^ па ¿(Чаи

тке (Т*,Т& -^Та): РиСТ*)£5Т* , (9)

где: Т*

Г~) =с( Т а-) ехр( - | Р(Ь(Т~, ^сй) (10)

о

функции Рм(Т), Рм(Т*) могут быть найдены путём обработки экспериментальных данных. Неизвестные функции с(Т-) и Р(Ь(Т-,Ч) могут быть найдены из уравнений (, (10).

При обработке информации количество шин сгрупировано в интервалах 25 в. п. Тогда для каждой реализации износа и каждого интервала нара£отки ¡пин эта вероятность обозначена (Р1,о'),где 1 -номер реализации износа, з" -номер интервала наработки. После несложных математических преобразований получено,что по механическим повреждениям

л.Лт...... .

1 -'-С'

з эксплуатации в п-гом интервале шин 1-ой реализации:

м

С1,п=С1,о Р1,п П С1-Р1,1) (И)

1=1

Суммируя (11) по реализациям 1, находим общее число шин, вьшед-

штество ин 1зооя8ои. и святи с згаштлш

19 ЙЕХАКЙЧЕСОИ ШРЕИШИ

ших на участка п по мехповрэлдениям из эксплуатации:

См = 21<М,о Р1,п П (1-Р1,1) (12)

1>п 1=1

Выражение (12) эквивалентно выражениям (7,8).

С целью применения расчёта в широкой практике реализована программа в диалоговом режиме на персональной ЗЕ!А В качестве призера на рис. 2 приведено количество шин 1300x480 код. 4А, снятьсс с самолётов

ИЛ-86 з а/п Щэреметьево б процессе подконтрольной летной эксплуатации. ;1з рис. 2 видно, что расчётная кривая распределения ыпн, снятых по механически:.! повреждениям, близка к фактической кривой, с-уумарная погрешность расчёта составляет что даёт основания считать справедливы:.;;! принятые допущения.

Анализ приведенной модели долговечности сик показывает, что вероятность повреждения шин возрастает в 10 раз от величина равной 0,003-0,005 в начале эксплуатации шины до условной точки протектора., расположение которой близко к износу рисунка протектора. После износа рисунка условная вероятность повреждения повышается в 2-3 раза.

Предложенная модель долговечности шины не учитывает возквхг-гостп многократкого восстановительного ремонта и поэтому с целью прогноза и оптимизации долговечности должка быть дополнена с учётом требова-

Г II

0 Р л о 11

к е 12 в к №.. хн

1 г. 1 - рашешеие ин. свитах по кешхчесш вовреяешн,

г - раатаелевхе ш, шш по атсг. 3 - расчете расиршгше вга. святах но шш<ксш вовр. 1 - зависшсп юлим аротекгора ог аарабсш. Рис. 2.

ний безопаской наработки каркаса шины.

Расчётом показано, что относительная экономия от многократного

Зг\г\ ат тт/-\тп ** »ттггг «п^ т » п *тт »/-\тттт т тгг 1т»»»т»

х а.г.иХи+ъпал. аяшси.^¿илпЬЛ 1шип рохЗпсь.

2=[к-Е(1-С)-£ЯС1-{1-С)'ч}В/Гк{-({>-в)(1-С)"й], (13)

где Е - относительная величина стоимости восстановленной шины; С -относительное количество отбракованных шин, в - относительный гарантийный ресурс восстановленных ¡пин; И -число восстановительных ремон-

На рис. 3 в качестве примера представлены результаты расчёта экономии от применения'восстановленных шин размера 1300x430 мод. 4А в а/п Шереметьево. В расчетах полагается: перед каждым ремонтом протектор изнашивается только на определенную часть с целью уменьшения вероятности ме-

лолпчсьпШк.

Расчет приведен для двух возможных цен на восстановленные 2ины(Е = 0,3 и 0,75). Из рис.3 видно, что наибольший расчетный экономически« Зцл^ект наблюдается

при Е = 0 ,о, многократном восстановлении шин и их снятии при износе около 2/3 полной толщины протектора. Относительная экономия от применения трехкратно восстановленных шин на парк самолетов а/п Шереметьево составит не менее

ОП*

к. и'.а.

Р£ЗУЛЬТАТа РАСЧЕТА ЗЮКОЯИ ОТ ШШШЯ ВОССШОШШ Ш 13002480 И.4А и/а 1ШШДО0)

10 »=3

! - количеств» исстаяштелиш реншов

_• ври цеве ва восст. визу о, 3 о! ювоИ

......ш цене ва восст. шт 0.Т5 отвовои

Рис. 3

- 21 -

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведена классификация причин снятия авиационных шин из эксплуатации. На основе статистических данных системы сбора и обработки информации' по шинам в эксплуатации определены значения ресурса шин, соотношения по1 массовым и редким причинам снятия. С помощью методов математической статистики установлена зависимость среднего ресурса шин до восстановительного ремонта от таких эксплуатационных факторов как посадочная скорость самолётов, базовый аэропорт.

2. Определена зависимость ремонтопригодности авиационных айн от степени износа протектора и количества поврежденных слоев корда.

3. Повышена надёжность авиационных шин за счёт роста их долговечности и ремонтопригодности путём конструктивных изменений, увеличивающих сопротивление механическим повреждениям, и расширения упреждающих допусков на безопасном уровне.

4. Разработан экспериментальный метод определения сопротивления проколам авиационных шин. Установлено, что повышение величины условного напряжения прокола, применение армирующего слоя, снижение размера посторонних предметов на покрытии - факторы, повышающие надёжность авиационных-шин на этапах проектирования и эксплуатации.

5. Обосновано использование метода испытания авиационных шин внутренним гидравлическим давлением на этапе эксплуатации. Установлено, что шины 1300x480 с механическими повреждениями глубиной до 9-ти слоев корда, длиной до 27 мм. будут безопасны по данному виду испытаний так как их статическая прочность соответствует заданной в ТУ на новые шины.

6. Разработан метод ускоренных стендовых испытаний авиационных шин. Из условия нормируемой безопасности установлено, что возможное число восстановлений протектора многослойныхЦО и более слоев) авиационных шин с расширенными упреждающими допусками на механические

повреждения глубиной до 4 слоя корда, длиной до 40 мм составит не менее 3 раз.

7. Создана математическая модель долговечности авиационных шин с учетом восстановления и статистической зависимости механических повреждений от степени износа протектора. Модель использована для повы-кьэния надёжности шин на этапах проектирования и эксплуатации. Установлено, что для шин 1300x480 мод. 4А наиболее экономически целесообразный режим ремонта соответствует износу протектора равному около 2/3 полной его толщин.

8. Методом натурных испытаний проведена оценка надёжности:

- шин с усиливающем слоем в брекере в процессе лётных испытаний и

подконтрольной лётной эксплуатации. Показано, что средний ресурс до восстановительного ремонта таких шин при действующих упреждающих допусках на механические повреждения на 20% выше, чем серийных;

- шик 1300x480 в процессе подконтрольной лётной эксплуатации. Уста-

новлено, что средний ресурс до восстановительного ремонта шин с расширенными упреждающими допусками на механические повреждения на 26% выше, чем с ранее принятыми допусками. Тенденции к опасному разрастанию размеров механических повреждений не было отмечено.

. Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Гитмейер Л. И., Мартынюк Е М., Пейко Я Е Экономическая эффектив-

ность восстановительного ремонта авиаиин. // Техническая эксплуатация воздушных судов гражданской авиации: Сборник трудов/Гос-

■цг/пг тм ■о.ггт гзг/с 1лоа

П/1,1 X Л. -исш. IV!. , ±

2. Москаленко Б. Е, Гктмейер Л.11, Титов В. С. Тезисы докладов Первой

Всесоюзной конференции "Проблема шин и резинокордных компози-

тов", (17-19 октября), НИИШП, М.: 1939. С. 54-58.

3. патент. No 1723485 СССР: Ш1 5 G 01 Ml7/02. Споссб определения

сопротивления прокола пневматической шины. Гитмейер JLИ., Путак-кия К.С. (СССР).- N0 48753 55/11; Заяв. 31. 07.90; Опубл. 30.03. 92. Изобретения No 12 -с.186.

4. А. С. No 1757316 СССР: МКИ Б 01 М 17/02. Споссб ускоренных стендовых испытаний авиашин. Гитмейер JL И., Мартыккзк Е М., Москаленко В. К и Волчек В. Г. (СССР). - Но 4846789/11; Заяв. 03. 07. 90. Изобретения не публикуемые в открытой печати Ко 8,1992. -с. 53.

5. Москаленко В. Н., Гитмейер JL II // Каучук и резина. 1990. Но 9.

С. 25-28.

6. Москаленко В. Н., Гитмейер ЛИ. / Доклад на конференции "Проблемы шин и резинокордных композитов. Прочность и долговечность". НИИИШП, М., 23-25 октября 1990.

7. Гитмейер .1И. ; Титов Е С., Москаленко В. Е / Доклад на конферен-

ции "Проблемы шин и резинокордных .композитов, нелинейность и нестационарность". НИЙШ.М., 21-25 октября 1991.

8. Гитмейер Л. II, Титов В. С., Москаленко В. Е // Каучук и резина. 1992. No 4. С.

9. Gitmeyer L.I., Moskalenko V.N. Improvement in aircraft tyres reliability //PROSTOR, Moscou.- 1993.- №1- C. 9-25.