Luận án nghiên cứu phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực tế của kết cấu máy bay - Lê Nguyên Cường, Đại học Bách khoa Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ NGUYÊN CƯỜNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TIÊU HAO TUỔI THỌ THỰC TẾ CỦA KẾT CẤU MÁY BAY Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.TS Lê Quang 2.TS Ngô Sỹ Lộc Hà Nội - 2016 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung, số liệu và kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa có tác giả nào công bố. Người hướng dẫn 1 Người cam đoan PGS.TS Lê Quang Lê Nguyên Cường Người hướng dẫn 2 PGS.TS Ngô Sỹ Lộc 3 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi đã được sự hướng dẫn, tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình của Viện đào tạo sau đại học, bộ môn Hàng không - Vũ trụ, Viện Cơ khí Động lực, Đại học Bách khoa Hà Nội và sự hướng dẫn nhiệt tình, chu đáo của PGS.TS Lê Quang, PGS.TS Ngô Sỹ Lộc. Trong quá trình nghiên cứu, tôi được Lãnh đạo, Chỉ huy Viện Kỹ thuật Phòng Không - Không Quân, phòng N/C Máy bay Động cơ, Phòng N/C Thiết bị hàng không quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian cũng như các trang thiết bị thí nghiệm, cung cấp tài liệu, giúp đỡ thực hiện các thí nghiệm trong Phòng thí nghiệm của Viện.

Tôi được Cục Kỹ thuật Phòng không - Không quân, Trung đoàn 910, Trường sĩ quan Không quân Nha Trang cung cấp tài liệu về máy bay, khai thác máy bay và số liệu thống kê các chuyến bay. Tôi được các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ và đồng nghiệp góp ý, tư vấn nhiều ý kiến và cung cấp một số tài liệu quý. Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc. Hà Nội, ngày 7 tháng 3 năm 2017 Lê Nguyên Cường 4 MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ………………………………………………………….

3 Các chữ viết tắt ………………………………………………………… 7 Các ký hiệu sử dụng …………………………………………………… 8 Danh mục các bảng ……………………………………………………. 9 Danh mục các hình vẽ, đồ thị …………………………………………. 12 Chương I: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu ……………….1 Những khái niệm chung về tuổi thọ máy bay và kết cấu máy bay…….2 Phương pháp xác định tuổi thọ của kết cấu máy bay trong hệ thống khai 22 thác hiện hành …………………………………………………….3 Một số khái niệm về mỏi và mỏi gỉ kết cấu máy bay ………………… 27 1.4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu lĩnh vực độ tin cậy và tuổi thọ kết 36 cấu máy bay …………………………………………………………….5 Tổng quan về nghiên cứu giải mã các tham số bay trên hệ thống kiểm 39 tra khách quan của máy bay…………………………………………….6 Tổng quan về máy bay và kết cấu máy bay L-39…………………….7 Kết luận chương I ……………………………………………………. 42 Chương II: Xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ thực 44 tế của kết cấu máy bay ……………………………………………….1 Sự cần thiết phải xây dựng phương pháp ……………………….2 Cơ sở khoa học để xây dựng phương pháp xác định tiêu hao tuổi thọ 45 thực tế của kết cấu máy bay …………………….1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao tuổi thọ các phần tử kết cấu máy 46 bay …………………………………………………………………….2 Cơ sở và khả năng đánh giá các yếu tố điều kiện sử dụng ảnh hưởng 54 đến tuổi thọ kết cấu máy bay ……………………………….3 Nội dung cơ bản của phương pháp và bài toán tính tiêu hao tuổi thọ 55 thực tế ………………………………………………………………….4 Một số yêu cầu để áp dụng phương pháp ……………………………… 57 2.5 Kết luận chương II …………………………………………………….

59 Chương III: Xác định tần số tải lặp lên kết cấu máy bay ………… 60 3.2 Phương pháp mô phỏng để xác định tần số tải lặp lên kết cấu ……….3 Sử dụng hệ thống kiểm tra khách quan DTS-39-12 để xác định tần số lặp của tải lên phần tử kết cấu máy bay……….1 Giới thiệu hệ thống …………………………………………………….2 Hệ thống chương trình và sản phẩm giải mã khách quan …………….3 Chương trình tính tần số tải lặp lên phần tử kết cấu ……….4 Kết quả phân tích, xác định tần số tải lặp lên phần tử kết cấu máy bay 75 3.5 Kết luận chương III ……………………………………………. 77 Chương IV: Xác định độ bền mỏi gỉ của phần tử kết cấu máy bay 78 4.2 Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………….3 Thiết bị thử mỏi gỉ ……………………………………….4 Kết quả thí nghiệm xây dựng các đường cong mỏi gỉ …….5 Sử dụng đồ thị các đường cong mỏi để tính toán số chu kỳ phá hủy mỏi gỉ kết cấu ………………………………………………………….6 Kết luận chương IV……. 96 Chương V: Chương trình tính toán và kết quả …………………….1 Cơ sở xây dựng chương trình ………………………………………….2 Lưu đồ thuật toán của chương trình phần mềm ……………………….3 Các bước tính toán chương trình ……………………………………….4 Kết quả tính toán ……………………………………………………….5 Kết luận chương V……………………………………………………. 102 6 Trang Kết luận chung …………….

104 Tài liệu tham khảo ……………………………………………………. 106 Danh mục các công trình đã được công bố …………………………. 112 7 CÁC CHỮ VIẾT TẮT BDKT - Bảo dưỡng kỹ thuật BQP - Bộ Quốc phòng CNTT - Công nghệ thông tin ĐTC - Độ tin cậy ĐTCSD - Độ tin cậy sử dụng HK-VT - Hàng không Vũ trụ HKDD - Hàng không dân dụng HKQS - Hàng không quân sự KCB - Khí cụ bay KHCN - Khoa học công nghệ KHKT - Khoa học kỹ thuật KTHK - Kỹ thuật hàng không KTSD - Khai thác sử dụng MBĐC - Máy bay động cơ NVKT - Nhân viên kỹ thuật NCS - Nghiên cứu sinh PK-KQ - Phòng không - Không quân QĐNDVN - Quân đội nhân dân Việt Nam SCDP - Sửa chữa dự phòng SSCĐ - Sẵn sàng chiến đấu THTTTT - Tiêu hao tuổi thọ thực tế TTBKT - Trang thiết bị kỹ thuật TTKT - Trạng thái kỹ thuật TTNĐVN - Trung tâm nhiệt đới Việt Nga VKTBKT - Vũ khí trang bị kỹ thuật VKTPK-KQ - Viện kỹ thuật Phòng không - Không quân VTĐT - Vô tuyến điện tử VKTQS - Viện kỹ thuật quân sự VN - Việt Nam 8 CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG Ktt - Hệ số tiêu hao tuổi thọ thực tế ki - Mức tải, bằng tỷ số giữa ứng suất tải sử dụng với ứng suất tải phá hủy mtb(t) - Số hỏng hóc trung bình sau thời gian t n - Số lượng máy bay khai thác sử dụng ni - Số chu kỳ của tải nyi tác động lên kết cấu nx - Hệ số quá tải dọc ny - Hệ số quá tải đứng nz - Hệ số quá tải ngang Ni - Số chu kỳ phá hủy của tải lặp mức nyi Pađ - Độ tin cậy ấn định của kết cấu P(t) - Xác suất làm việc không hỏng sau thời gian t Pi - Nồng độ chất ăn mòn Tđk - Tuổi thọ giữa các lần bảo dưỡng định kỳ Ttb - Tuổi thọ trung bình Ttt - Tuổi thọ thực tế To - Nhiệt độ C ti - Thời gian hoạt động đến hỏng hóc ttb - Thời gian trung bình hoạt động đến hỏng hóc X(t) - Tập tham số đặc trưng trạng thái tại thời điểm t X(t+t) - Tập tham số đặc trưng trạng thái tại thời điểm dự báo t+t Y(t) - Tham số đầu ra ‫(ג‬t) - Cường độ hỏng hóc tt - Cường độ phá huỷ mỏi thực tế của kết cấu ad - Cường độ phá huỷ mỏi ấn định của kết cấu i - Hệ số ảnh hưởng của điều kiện khí hậu vùng khai thác máy bay f(t,**) - Mật độ phân bố thời gian làm việc đến thời điểm đạt giá trị giới hạn ** f - Tần số tải lặp của tải n i yi ω(t)- Dòng hỏng hóc ωgh- Dòng hỏng hóc giới hạn 9 σmax - Ứng suất cực đại σm - Ứng suất trung bình Kmax - Hệ số tải cực đại x - Khoảng cho phép của tập tham số đặc trưng trạng thái (,T2) - Mật độ xác suất tham số (t) ở thời điểm T2 **  - Giá trị giới hạn của tham số trạng thái khi vượt qua sẽ có hỏng hóc (t) - Tham số trạng thái tại thời điểm t (t+t) - Tham số trạng thái tại thời điểm t+t  - Hệ số tin cậy, tính đến độ tản mạn của kết quả thử nghiệm mỏi, độ chính xác số liệu thống kê và tính toán về độ bền mỏi. DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Một số số liệu về máy bay và kết cấu máy bay L-39 40 Bảng 2.1 Mức độ ăn mòn khí quyển đối với hợp kim D16AT, tính bằng mg 49 Bảng 3.1 Tần số lặp của tải cho bài bay cơ động cao 75 Bảng 3.2 Tần số tải lặp cho bài bay cơ động trung bình 76 Bảng 3.3 Tần số tải lặp cho bài bay cơ động thấp 76 Bảng 4.1 Thành phần hóa học và giới hạn bền của hợp kim nhôm D16AT và 79 B95 Bảng 4.2 Hệ số ảnh hưởng i ở các vùng khí hậu 92 Bảng 4.3 Số chu kỳ phá huỷ mỏi của phần tử kết cấu 95 Bảng 4.4 Số liệu so sánh kết quả tính chu kỳ phá hủy mỏi 95 Bảng 5.1 Kết quả tính toán cho bài bay cơ động thấp (nymax= 1,8) 102 Bảng 5.2 Kết quả tính toán cho bài bay cơ động trung bình (nymax= 2,6) 102 Bảng 5.3 Kết quả tính toán cho bài bay cơ động cao (nymax= 4) 102 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Qui luật phân bố mật độ hỏng hóc trong khai thác theo định kỳ 25 Hình 1.2 Sơ đồ quá trình khai thác theo định kỳ có hiệu chỉnh theo độ tin 26 cậy sử dụng Hình 1.3 Kết cấu cánh máy bay L-39 42 Hình 2.1 Mức độ gỉ của mẫu hợp kim nhôm D16AT có độ dày 2 mm 49 Hình 2.2 Tần số lặp tích hợp của tải đối với các bài bay 52 Hình 3.1 Biểu đồ hệ số quá tải đứng ny của kết cấu máy bay trong một 62 chuyến bay Hình 3.2 Quá trình mô phỏng theo phương pháp cực đại 65 Hình 3.3 Quá trình mô hình hoá theo phương pháp cực trị 66 Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống KTKQ DTS-39-12 70 Hình 3.5 Giao diện phần mềm 71 Hình 3.6 Bảng chọn các tham số cần giải mã 71 Hình 3.7 Kết quả giải mã khách quan dạng đồ thị 72 Hình 3.8 Kết quả giải mã khách quan dạng bảng dữ liệu 72 Hình 3.9 Thuật toán chương trình tính tần số lặp của tải lê phần tử kết cấu 74 Hình 3.10 Giao diện phần mềm tính tần số tải lặp 75 Hình 3.11 Tần số lặp tích hợp của tải lên kết cấu máy bay L-39 của 3 bài 77 bay đặc trưng Hình 4.1 Mẫu thử tự nhiên 82 Hình 4.

2 Mẫu thí nghiệm mỏi gỉ 83 Hình 4.3 Máy thử mỏi gỉ MG-01 và MG-02 của PTN Viện Kỹ thuật PK- 84 KQ Hình 4.4 Đường cong mỏi của hợp kim D16AT trong môi trường không 87 khí và trong dung dịch 3,5% NaCl 11 Trang Hình 4.5 Đường cong mỏi của hợp kim D16AT với các mức độ gỉ (% 88 chiều dày) Hình 4.