"Механики XXI веку" №16 2017

240 / 397

Механики XXI веку. №16 2017 г.
240
УДК 539.3
Определение скорости роста усталостных трещин
в лопастях винта вертолета
Курохтин В.Ю.1,a, Бохоева Л.А. 1,b, Кибирева Е.Е.1,c
1Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, ул. Ключевская 40в
стр. 1, Улан-Удэ, Россия
a , ,
Ключевые слова: лопасть, усталостные испытания, трещина, ресурс, предел выносливости
В данной статье решается проблема, увеличения срока службы лопастей винта вертолета,
путем включения в него времени докритического роста усталостной трещины. В ходе проведения
усталостных испытаний лопастей с применением тензометрической аппаратуры и контрольно-
измерительной системы в режиме реального времени снимаются показания напряжений и дефор-
маций в лопасти и передаются на персональный компьютер, где сохраняются в архиве испытаний.
Одновременно производится видеозапись процесса подрастания усталостной трещины в лопасти.
Полученные данные проходят обработку, по итогам определяется скорость роста трещины в зави-
симости от времени ее роста. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что срок службы
лопастей может быть увеличен как минимум на 5,1% от исходного, который составляет 2000 ча-
сов полета.
Введение
Ресурс лопастей винта вертолета, как и других деталей машин, зависит от следующих
факторов: усталостного разрушения, износа, остаточных деформаций и других [1]. При этом
процесс медленного подрастания трещин усталости ведет к необходимости оценки скорости
их роста по причине того, что срок службы деталей машин может быть увеличен путем
включения в него периода докритического роста трещины.
Выводы о ресурсе деталей машин делают по итогам ресурсных испытаний, когда в
условиях лаборатории воспроизводят нагрузки, которые испытывает конструкция во время
эксплуатации [2]. Одной из разновидностей ресурсных испытаний являются усталостные ис-
пытания, когда испытываемые изделия подвергают воздействию динамических нагрузок, оп-
ределяемых программой испытаний. Основной критерий признания испытаний успешными –
отсутствие усталостных трещин в любой степени развития после отработки определенного
числа циклов нагружения [3]. При этом процесс докритического роста трещин не принима-
ется во внимание, хотя практика испытаний показывает, что даже с имеющейся трещиной
конструкция способна работать еще довольно продолжительное время. В связи с этим возни-
кает вопрос: насколько может быть увеличен срок службы лопасти, если включить в него
время медленного роста усталостной трещины? Данная задача решается путем проведения
усталостных испытаний лопастей с одновременной видеосъемкой, позволяющей определить
скорость докритического роста трещины, и последующей обработкой полученных данных.
Методика
Лаборатория «Надежность, прочность изделий и конструкций» при ООО «МИП «Бай-
кальский научный центр прочности» проводит ресурсные испытания лопастей винта верто-
лета [4]. Лопасти изготавливаются из алюминиевого сплава АВТ-1. Испытания проводятся
на специальных стендах по программе №Л-24-82 (Испытаний на выносливость образцов ло-
пасти несущего винта) и ГОСТ РВ 15.307-2002. Схема испытательного стенда изображена на
рис. 1.
Процесс испытаний начинается с входного контроля образцов. Далее производится
подготовка образцов к испытаниям, которая включает в себя наклеивание на них тензодат-
чиков, настройку измерительных каналов и другие подобные операции [5]. Далее на образцы
подается статическая растягивающая нагрузка. После достижения расчетного уровня напря-