20 listopada 2017


Rozwiązania konstrukcyjne w lotnictwie są zoptymalizowane w tak wysokim stopniu, iż dalsze polepszanie parametrów lotu i osiągów statków powietrznych wiąże się z coraz większym nakładem pracy i wydatków. Wobec faktu, iż eksploatacja statków powietrznych stanowi nieraz ponad stukrotny wydatek [1] w porównaniu do kosztów konstrukcji i projektowania, największe pole do polepszenia ekonomiczności i wydajności w lotnictwie związane jest z optymalizacją procesów eksploatacji. Tutaj szczególnie ważne są aspekty związane z diagnostyką i wykrywaniem uszkodzeń w samolotach i śmigłowcach, jako że wydatki na przeglądy i inspekcje, oraz straty związane z brakiem dostępności badanego statku powietrznego, stanowią podstawowy koszt w przemyśle lotniczym, szczególnie w obliczu przedłużających się okresów eksploatacji (resursów) statków powietrznych.

Michał Stefaniuk, Sławomir Klimaszewski

Szczególnie wydajnym, ale też wymagającym wielu prac badawczych, podejściem do optymalizacji eksploatacji jest zbiór metod Structural Health Monitoring (SHM) – tj. metod pozwalających na ciągłe i bieżące monitorowanie stanu konstrukcji.


Obecne praktyki
Przez lata głównym sposobem diagnostyki i wyszukiwania uszkodzeń w statkach powietrznych były przeglądy naziemne przeprowadzane przez wykwalifikowaną kadrę obsługową. Przeglądy naziemne stanowią znaczący koszt, szczególnie ze względu na konieczność uziemienia statku powietrznego – wówczas jest on niedostępny dla operatora. Dodatkowo, rutynowe obsługi międzylotowe nie pozwalają na dogłębną analizę i wykrywanie występujących i potencjalnych uszkodzeń. Bardziej szczegółowe inspekcje i testy wymagają nieraz wyspecjalizowanej aparatury, tudzież rozmontowania konstrukcji w celu przeprowadzenia badań w mało dostępnych obszarach struktury – w zasadzie okazja do tego występuje jedynie podczas remontów generalnych.

ultradzwiekowe badania
Rys. 1  Ultradźwiękowe badania nieniszczące prowadzone przez ITWL

Jednym z ważnych zjawisk zwiększających atrakcyjność i potrzebę stosowania rozwiązań SHM jest fakt szerokiego zastosowana zasady projektowania „Damage Tolerance” (ang. tolerowane uszkodzenie) dla niektórych elementów struktury. Zasada ta oznacza, że w przeciwieństwie do praktyk z przeszłości – zgodnie z nazwą – tolerowane jest występowanie uszkodzeń na eksploatowanych statkach powietrznych; struktura z dowolnie małym uszkodzeniem nie jest automatycznie uznawana za niesprawną. Należy zwrócić uwagę, iż statki powietrzne eksploatowane wg tej zasady muszą być dostosowane do jej wymagań już na etapie projektu konstrukcji – wszystkie potencjalne miejsca uszkodzeń (lokalizacje krytyczne) muszą być rozpoznane na wczesnych etapach projektowania, tak aby  możliwe było uwzględnienie w konstrukcji rozwiązań ułatwiających dostęp podczas inspekcji, tudzież projektowanie konstrukcji tak, aby zapobiec gwałtownemu i niekontrolowanemu wzrostowi uszkodzenia.
Należy więc zwrócić uwagę, że projektowanie systemu eksploatacji jest kluczowym i integralnym zadaniem przy wdrażaniu i optymalizacji konstrukcji lotniczych. Pracochłonność tego procesu potrafi być znaczna w porównaniu z samym zagadnieniem projektowania podstawowej konstrukcji. W klasycznym podejściu (nie opierającym się na SHM) główne działania wspomagające eksploatacje z tolerowanym uszkodzeniem polegają na wprowadzeniu otworów inspekcyjnych, ułatwiania dostępu do miejsc krytycznych lub też wzmocnienia konstrukcji w obszarach trudnodostępnych – problem w tym, że te działania prowadzą do zwiększenia wagi oraz komplikacji konstrukcji w tychże lokalizacjach – co z kolei znów prowadzi do zmniejszenia ekonomiczności eksploatacji.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 7/8 (94/95) lipiec/sierpień 2015