STATICKÉ A DYNAMICKÉ PEVNOSTNÍ ZKOUŠKY LETADEL VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Konstrukce a projektování letadel III STATICKÉ A DYNAMICKÉ PEVNOSTNÍ ZKOUŠKY LETADEL LETECKÝ ÚSTAV Prof. Ing. Antonín Píštěk, CSc. Technická 2, 616 69 Brno Tel.: +420-5-4114 2226; Cel.:+420-603-863 151; Fax: +420-5-4114 2879 E-mail: pistek@lu.fme.vutbr.cz

ÚČEL A VÝZNAM PEVNOSTNÍCH ZKOUŠEK I když se neustále zvyšuje přesnost pevnostních výpočtů jsou statické a dynamické zkoušky nezbytné pro ověření teoretických výpočtů a mnohdy jediný uznávaný průkaz pro certifikaci. Předpisy požadují průkazy: výpočtem, analýzou zkouškami výpočty a zkouškami

ROZDĚLENÍ STATICKÝCH ZKOUŠEK DRAKU LETADEL   1 DESTRUKTIVNÍ  ·        Do početního zatížení. Další použití konstrukce je prakticky vyloučeno  2  VÝZKUMNÉ ·        Metodiky výpočtu,zkoušky vzorků materiálu  3 VÝVOJOVÉ  ·        Spoje, kování, stabilitní problémy, části draku  4 PROTOTYPOVÉ, CERTIFIKAČNÍ  ·        Funkce konstrukčních části, tuhostní zkoušky.

b) zatěžovadla, c) měřící přístroje, PROSTŘEDKY A ZAŘÍZENÍ ZKUŠEBEN           a)  zkušební rošty a zatěžovací přípravky, b)       zatěžovadla, c)       měřící přístroje, d)       zařízení k dokumentaci (videokamery, fotoaparáty, diktafony, magnetofony, mikrokamery aj.) 

Architektura zkoušky letounu IL-14 ve VZLÚ v Praze

2) zatěžování vahadlovými soustavami, ZPŮSOBY A PROSTŘEDKY K VYVOZENÍ A ROZDĚLENÍ ZATÍŽENÍ  1)  přímé zatěžování zkoušené konstrukce závažími, 2)   zatěžování vahadlovými soustavami, 3)   spojité zatěžování tlakovou tekutinou (olej, voda, vzduch) 4)   spojité zatěžování membránou.

SCHEMA ZATĚŽOVÁNÍ ZÁVAŽÍMI

Ocejchovaná závaží v plochých sáčcích, naplněných železnými broky Ocejchovaná závaží v plochých sáčcích, naplněných železnými broky. (Dříve olověnými). Jednoduchý způsob s  následujícími nevýhodami:   ·        zkouška vyžaduje značný čas a námahu, ·        obtížné sledování povrchu konstrukce, která je pokryta zátěžemi, ·        obtížná montáž mechanických tenzometrů, ·        obtíže při stanovení prvotní poruchy a nejslabší místo konstrukce, ·        je prakticky nemožné rychle odlehčit konstrukci při začínající poruše.

Zatěžování se uplatní v případech kdy: ZATĚŽOVÁNÍ VAHADLOVÝMI SOUSTAVAMI  Zatěžování se uplatní v případech kdy:  1)  jedna složka má být nahrazena více složkami a naopak, 2)  síla vyvozená válcem se rozdělí v poměru ramen, 3)   plošné zatížení od vzdušných sil nebo setrvačných sil se nahradí bodovými silami. VAHADLOVÉ SYSTÉMY MOHOU BÝT VELMI SLOŽITÉ A NÁKLADNÉ  

STATICKÁ ZKOUŠKA LETOUNU L-610 PROVOZNÍ ZATÍŽENÍ VZLÚ PRAHA

STATICKÁ ZKOUŠKA KOMPOZITOVÉHO KŘÍDLA PROVOZNÍ ZATÍŽENÍ ZKUŠEBNA LETECKÉHO ÚSTAVU FSI VUT v BRNĚ

Kombinované zatížení ocasních ploch a trupu letounu KP 2-U SOVA Zkušebna LÚ FSI VUT v Brně

Spojité zatěžování tlakovou kapalinou pomocí membrány: PŘÍMÉ ZATĚŽOVÁNÍ TLAKOVOU KAPALINOU 1)   Integrální nádrže, 2)   Přetlakové kabiny, 3)   Kanály proudových motorů.   Stlačený vzduch má akumulovanou energii  Ed = p.V Spojité zatěžování tlakovou kapalinou pomocí membrány: 1)    Podlahy, 2)    Okenní rámy, 3)    Sendvičové panely

· Hydraulický válec – hydraulický agregát · Šroubové napínáky ZATĚŽOVADLA ·        Hydraulický válec – hydraulický agregát ·        Šroubové napínáky ·        Statické trhací stroje s vratným zatěžovadlem (Amslerův stroj) ·        Řetězový zvedák ·        Jeřáb s mikroposuvem  

Zkušebna LÚ Certifikována ÚCL Únavová zkouška závěsů křídla FATIGUE TESTS

MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJE   1)     Přístroje k měření vnějších sil (zatěžujících sil) působících v zatěžovadlech. (dynamometry). 2)     Přístroje na měření napětí na zkoušené konstrukci. (tenzometry) 3)    Přístroje na měření přemístění-průhyboměry, sklonoměry.

1) Všeobecné údaje o letounu, TEORETICKÁ PŘÍPRAVA STATICKÉ ZKOUŠKY Podklady ke zkouškám:  Podklady zpracovává výrobce, zpravidla oddělení pevnosti a musí odpovídat požadavkům předpisů a certifikačním postupům. Obsah podkladů: 1)     Všeobecné údaje o letounu, 2)     Požadovaný rozsah statických pevnostních zkoušek, 3)     Doporučený postup zkoušek, 4)     Podrobné podklady pro tuhostní zkoušky, 5)     Podrobné podklady pro jednotlivé případy zatížení statických pevnostních zkoušek.

ZKUŠEBNÍ PROGRAM 1) Zkoušky řízení · Tuhostní, · Pevnostní 2)  Zkoušky trupu   ·        Symetrické zatížení VOP ·        Boční zatížení od SOP, ·        Kombinované zatížení od VOP a SOP, ·        Zatížení od podvozku a pohonné jednotky.

3) Zkoušky křídla Křidélka, Klapky, Křídlo, Brzdící klapky ZKUŠEBNÍ PROGRAM 3)  Zkoušky křídla   Křidélka, Klapky,   Křídlo, Brzdící klapky    

4) VOP ZKUŠEBNÍ PROGRAM · Symetrické případy zatížení, ·   Nesymetrické případy zatížení. ·   Výškové kormidlo.   5)   SOP   ·        Kýl, ·        Směrové kormidlo, ·        Fletnery

6) Motorové lože 7) Přistávací zařízení - Na přípravku - Na letounu. ZKUŠEBNÍ PROGRAM 6)     Motorové lože 7)     Přistávací zařízení - Na přípravku - Na letounu.   8)     Sedadla  

Příklady zkoušek na zkušebně Leteckého ústavu

KP 2 U Uspořádání zkoušky Výpočet metodou konečných prvků

Výpočet metodou konečných prvků Uspořádání zkoušky 11682 nodes 24284 DOF Computed 1350MPa Measured 1220MPa Uspořádání zkoušky

Ae 270 Výpočet metodou konečných prvků Uspořádání zkoušky Computed 1350 MPa Measured 1282 MPa Ae 270 Uspořádání zkoušky

1) uchycení zkoušené části na letounu NÁVRH UCHYCENÍ ZKUŠEBNÍHO KUSU  1)   uchycení zkoušené části na letounu 2)   uchycení zkoušených částí na přípravku, 3)   uchycení zkoušených částí na přípravku, tuhostně odpovídající skutečnému letounu, 4)   volné, plovoucí uchycení celého letounu.  Při návrhu je třeba respektovat staticky určité – neurčité uspořádání zejména spojů a závěsů.

VÝPOČET ROZDĚLENÍ ZATÍŽENÍ NA ZKOUŠENOU KONSTRUKCI    Pro výpočet rozdělení zatížení na zkoušenou konstrukci se vychází z vypočtených průběhů zatížení zpravidla z komponent TN,TT,MN,MT,MK. Zatížení se rozdělí na: ·      vzdušné síly, ·      setrvačné síly, ·      zatížení od vlastní hmotnosti , ·      zatížení od podvozku, ·      zatížení od velkých osamělých hmot, ·      zatížení od pohonné jednotky, ·      zatížení od palivových nádrží. Některé části mohou být při zatěžování nahrazeny maketami.

na konstrukci je stanovení: Rozhodujícím krokem před výpočtem rozložení zatížení na konstrukci je stanovení:   1)    Způsobu zavádění sil na konstrukci (hmotové zátěže, plátěné závěsy, kleštiny) 2)    Uspořádání zkoušky (plovoucí systém, přípravek, na konstrukci) 3)    Způsob zatěžování(hydraulicky, mechanicky, zátěžemi)

NÁVRH A DIMENZOVÁNÍ VAHADLOVÉHO SYSTÉMU Postup: a)   Nakreslení schématu vahadlového systému po hloubce, b)   Nakreslení schématu vahadlového systému po rozpětí, c)   Vlastní pevnostní návrh. Při dimenzování se bere součinitel bezpečnosti j = 3 vzhledem k početnímu zatížení.

pomocí lan a kladek s ekvivalentní hmotností závaží. VYVAŽOVÁNÍ VLASTNÍ HMOTY PŘÍPRAVKŮ   S výhodou se používá nezávislého vyvážení pomocí lan a kladek s ekvivalentní hmotností závaží. V některých případech se vlastní hmotnost odečte přímo od zatěžujících sil, posunutím počátku na údaji dynamometru.

ZKOUŠKY PŘETLAKOVÉHO TRUPU   Původní medium byla voda – náročné a obtížné. V současné době vzduch – pro snížení objemu se prostor vyplňuje polystyrenem.   ZKOUŠKY PŘISTÁVACÍHO ZAŘÍZENÍ   Zkoušky se provádí jako: ·      Celek ·      Jednotlivých částí o    Tlumiče o    Brzdy o    Kola, pneumatiky Dynamické zkoušky se provádí na padostrojích.

3) Přístroje na měření zatěžujících sil (dynamometry) TENZOMETRY   MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJE 1)     Přístroje na měření napětí (tenzometry) 2)    Přístroje na měření přemístění (průhyboměry) 3)      Přístroje na měření zatěžujících sil (dynamometry)   TENZOMETRY  1)     Mechanické (Huggenbererův tenzometr) 2)     Elektrické (odporové, kapacitní, elektromagnetické) 3)    Optické

Výhody odporových tenzometrů: 1)    Možnost současné registrace údajů ve větším množství měřených míst, 2)    Měřící ústředna může být ve výhodné vzdálenosti od měřených míst, 3)    Snímače jsou malé a lze je umístit prakticky kdekoliv na měřeném místě konstrukce, 4)    Snímače mají velký rozsah měření, 5)    Lze měřit i pohyblivé části konstrukce, 6)    Pro přenos dat lze použít i telemetrii, 7)    Naměřená data se snadno zpracovávají počítačem.

KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ ODPOROVÝCH TENZOMETRŮ tenzometr mřížový mřížový dělený vinutý

k deformační citlivost (gage-factor) k = 1.7 až 2.1 Kompenzační tenzometr Měřící tenzometr Rv R1 R2 ΔR/R = k.∆l/l ∆l/l = ε k  deformační citlivost (gage-factor) k = 1.7 až 2.1 Když je můstek v rovnováze lze měřit ohybový moment, síly Rm.R2 = Rv.R1

MĚŘENÍ PŘEMÍSTĚNÍ 1)     Setinové indikátory 2)     Pravítka,metry,digitální pásma 3)     Odporové indikátory  DYNAMOMETRY 1)   Mechanické 2)   Elektrické 3)   Tlakoměrné

ÚNAVOVÁ ZKOUŠKA NOSNÍKU PRO OVĚŘENÍ ŽIVOTNOSTI METODOU DAMAGE TOLERANCE

EXPERIMENT MKP ANALÝZA U3V Prof. A.Píštěk

Celokoompozitové křídlo Ověření MKP výpočtu reálnou zkouškou