CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Những khái niệm chung về tuổi thọ của máy bay và kết cấu máy bay Các chỉ tiêu đánh giá trạng thái kỹ thuật của kết cấu máy bay bao gồm: độ bền tĩnh, độ bền động, độ ổn định, độ bền mỏi, độ tin cậy, độ bền lâu, tuổi thọ, độ bền chịu rung, lắc, đàn hồi khí động, các tham số tới hạn, v. Tuổi thọ là một trong các chỉ tiêu quan trọng bảo đảm cho máy bay hoạt động lâu dài, được khai thác an toàn và có hiệu quả. Tuổi thọ của máy bay là tính chất của nó giữ được khả năng làm việc đến tình trạng giới hạn, được xác định từ điều kiện bảo đảm an toàn bay. Khái niệm tuổi thọ kết cấu máy bay gắn liền với khả năng chống lại sự lão hóa, tức là chống lại sự tích lũy của tổn thất mỏi, biến dạng dão, chống lại mòn và gỉ.
Tuổi thọ của máy bay được xác định trên cơ sở tuổi thọ của kết cấu khung vỏ. Kết cấu khung vỏ chính là cơ sở hình thành nên máy bay. Khi kết cấu khung vỏ còn giữ được khả năng làm việc, thì tất cả các máy móc, thiết bị, hệ thống lắp trên nó có thể sữa chữa hoặc thay thế trong những trường hợp cần thiết. Còn khi khung vỏ đã hết thời hạn làm việc (tuổi thọ) thì máy bay bị loại bỏ 3.
Vòng đời của máy bay đều trải qua ba giai đoạn đó là thiết kế, chế tạo và khai thác sử dụng (KTSD). Quá trình KTSD bắt đầu từ khi máy bay được xuất xưởng và kết thúc khi chúng được thanh lý. Quá trình KTSD dài hơn hàng chục lần thời gian thiết kế, chế tạo và chiếm khoảng 70% đến 80% tổng chi phí cho một vòng đời của máy bay 45. Tuổi thọ máy bay phụ thuộc vào khả năng chống lại sự lão hóa, tức là chống lại sự tích lũy của ứng suất mỏi và biến dạng dão, mòn và gỉ kết cấu.
Ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi thọ là ứng suất mỏi, sinh ra do tác động của tải lặp. Đối với mỗi máy bay, do công nghệ chế tạo không đồng đều và do chế độ khai thác khác nhau, nên tuổi thọ cũng khác nhau. Vì vậy, với mỗi loại máy bay, người ta đưa ra chỉ số tuổi thọ bảo đảm và tuổi thọ trung bình. Tuổi thọ bảo đảm Tbđ và 18 tuổi thọ trung bình Ttb được xác định nếu biết quy luật phân bố xác suất hỏng của quá trình phá hủy kết cấu.
Đối với máy bay, không phải tất cả các thành phần, hệ thống cấu thành của nó có chung một giá trị tuổi thọ, mà mỗi thành phần, hệ thống, bộ phận có tuổi thọ riêng và các chỉ tiêu đánh giá tuổi thọ cũng khác nhau. Ví dụ, tuổi thọ kết cấu máy bay thường được xác định theo giờ bay, niên hạn sử dụng; tuổi thọ càng máy bay được tính theo số lần cất hạ cánh; tuổi thọ săm lốp máy bay được tính theo độ mài mòn và năm bảo quản, sử dụng; tuổi thọ động cơ được tính theo giờ nổ máy hoặc thời gian mà các tham số chính của động cơ chưa thay đổi đến giới hạn cho phép; tuổi thọ của hệ thống VTĐT, thông tin liên lạc được tính theo độ tin cậy, tần suất hỏng hóc của các linh kiện. Thường thường thì tuổi thọ kết cấu khung vỏ có giá trị cao nhất. Trong một vòng đời của máy bay (hay kết cấu khung vỏ) có thể thay thế một số động cơ, càng, săm lốp, bơm, van, khóa, các khối rời của thiết bị điện, vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc.
Tương ứng với các chỉ tiêu đánh giá trạng thái kỹ thuật như độ tin cậy sử dụng, tuổi thọ, các tham số tới hạn và khả năng kiểm soát nó trong quá trình khai thác mà khung vỏ, động cơ và hệ thống của máy bay có thể được áp dụng các phương pháp khai thác khác nhau như khai thác theo định kỳ, khai thác theo trạng thái có kiểm soát độ tin cậy, khai thác theo trạng thái có kiểm soát tham số. Đối với các máy bay quân sự của Quân chủng PK-KQ, các hệ thống trên máy bay đã từng bước được khai thác theo trạng thái bằng hình thức sửa chữa thay thế cụm khi các chỉ tiêu độ tin cậy hoặc các tham số làm việc đạt giá trị tới hạn. Riêng đối với kết cấu khung vỏ, cho tới nay vẫn được khai thác theo phương pháp định kỳ, kết hợp kiểm tra tăng hạn (tăng hạn giữa các lần sửa chữa và tăng tổng hạn). Khả năng thực hiện các chức năng của máy bay phụ thuộc vào trạng thái kỹ thuật của chúng.
Dưới tác động của các yếu tố môi trường, quá trình ăn mòn, già hoá, phá huỷ sinh học diễn ra thường xuyên làm cho trạng thái của máy bay luôn biến đổi theo xu hướng ngày càng kém hơn, cho tới khi xảy ra hỏng hóc. Để duy trì và hồi phục khả năng làm việc, cần tiến hành bảo dưỡng và sửa chữa hồi phục chúng. 19 Tương tự như các máy móc khác, máy bay trong quá trình khai thác sử dụng được đặc trưng bằng các tính chất cơ bản: độ tin cậy sử dụng, độ bền lâu, độ sống còn và tính công nghệ trong khai thác sử dụng [5,39]. Về độ tin cậy sử dụng: Độ tin cậy sử dụng là tính chất của máy bay thực hiện được các chức năng, duy trì được các chỉ tiêu kỹ thuật trong các giới hạn đã được thiết lập sau một khoảng thời gian hoặc sau khi thực hiện một khối lượng công việc quy định.
Độ tin cậy sử dụng của máy bay thông thường được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau: Đối với các thành phần, hệ thống của máy bay không sửa chữa hồi phục được, các chỉ tiêu để đánh giá độ tin cậy sử dụng 45 là: - Thời gian hoạt động trung bình trên một hỏng hóc: 1 n t ti (1.1) tb n i 1 Trong đó: ti - Thời gian hoạt động đến hỏng hóc; n - Số lượng máy bay khai thác sử dụng. - Xác suất làm việc không hỏng sau khoảng thời gian t: 푁 (푡) P(t)= (1.2) 푛 Trong đó: N(t) - Số phần tử trong dẫy: t1, t2, t3, t4 hoặc là số máy bay còn lại sau khoảng thời gian hoạt động t có khả năng thực hiện các chức năng quy định. Rõ ràng từ công thức (1.2), độ tin cậy làm việc không hỏng có thể tiến tới giá trị 0 khi thời gian hoạt động kéo dài.4) N 20 - Dòng hỏng hóc: N N mi (t t) mi (t) (t) i 1 i 1 (1.5) N Về độ bền lâu: Độ bền lâu là tính chất của máy bay duy trì khả năng hoạt động theo chức năng đến trạng thái giới hạn trong điều kiện được bảo dưỡng và sửa chữa phục hồi cần thiết. Trạng thái giới hạn của máy bay là trạng thái không thể khai thác sử dụng tiếp tục được nữa do không đáp ứng yêu cầu an toàn bay hoặc do không còn hiệu quả sử dụng nữa.
Độ bền lâu của máy bay được đánh giá bằng các chỉ tiêu về tuổi thọ kỹ thuật và niên hạn sử dụng. Tuổi thọ kỹ thuật: Tuổi thọ kỹ thuật là khoảng thời gian hoạt động hoặc khối lượng công việc được thực hiện của máy bay đến trạng thái giới hạn của nó. Chúng được thể hiện bằng: số giờ bay, số lần cất cánh và niên hạn sử dụng, thời hạn cất giữ bảo quản. Thực tế, tuổi thọ của máy bay được hiểu như độ dự trữ an toàn của máy bay, được tính toán ngay từ giai đoạn thiết kế, chế tạo trên cơ sở sơ đồ cấu trúc, các số liệu thống kê về vật liệu của các phần tử cấu thành, về tác dụng cũng như về các điều kiện khai thác của máy bay tương tự.
Trong trường hợp không đầy đủ, các số liệu thống kê cần tiến hành đánh giá bằng thực nghiệm khảo sát thăm dò. Ấn định tuổi thọ thường ứng với một xác suất nhất định nào đó, vì thế tuổi thọ trong một số tài liệu thường dùng khái niệm “tuổi thọ trung bình” hoặc “thời hạn sử dụng trung bình”. Đối với máy bay, có tuổi thọ ấn định, tuổi thọ giữa hai lần sửa chữa và thời hạn bảo hành. Tuổi thọ ấn định: Tuổi thọ ấn định là số giờ bay hoặc niên hạn sử dụng của máy bay, mà khi đạt được giá trị đó thì không được phép tiếp tục khai thác sử dụng máy bay, không phụ thuộc vào trạng thái kỹ thuật của máy bay lúc đó.
Tuổi thọ ấn định của máy bay được xác định trên cơ sở an toàn bay, hiệu quả sử dụng và tính kinh tế. Ví dụ, đối với máy bay MiG-21Bis tuổi thọ ấn định là 2.500 giờ bay hoặc 25 năm, đối với máy bay L-39 con số đó là 4.500 giờ bay hoặc 25 năm 25,26. 21 Trên cơ sở đúc rút kinh nghiệm khai thác, tuổi thọ ấn định có thể điều chỉnh tăng hoặc giảm cho phù hợp. Một số đơn vị khai thác máy bay của Liên Xô trước đây đã tăng tuổi thọ ấn định của các loại máy bay trong các phạm vi sau 4: - Đối với máy bay sử dụng các động cơ tua bin phản lực cánh quạt, tăng 10%; - Đối với máy bay sử dụng các động cơ pit tông, tăng 15%; - Đối với trực thăng sử dụng động cơ tua bin cánh quạt, tăng 5%; - Đối với động cơ hàng không tua bin khí, tăng 5%; - Đối với động cơ pit tông, tăng 10%.
Tuổi thọ giữa hai lần sửa chữa: Tuổi thọ giữa hai lần sửa chữa là số giờ bay hoặc thời hạn sử dụng của máy bay giữa hai lần sửa chữa. Sau khi máy bay sử dụng hết tuổi thọ giữa hai lần sửa chữa, phải đưa vào sửa chữa. Số lần sửa chữa máy bay có thể là một lần, hai lần hoặc hơn, tuỳ thuộc vào tuổi thọ kỹ thuật và tuổi thọ giữa các lần sửa chữa. Tuổi thọ giữa hai lần bảo dưỡng kỹ thuật: Là số giờ bay hoặc niên hạn sử dụng quy định giữa các lần bảo dưỡng kỹ thuật.
Trong hệ thống khai thác theo tuổi thọ thì tuổi thọ giữa các lần bảo dưỡng thường là 50 giờ, 100 giờ, 200 giờ làm việc của máy bay, động cơ. Thời hạn bảo hành: Thời hạn bảo hành là số giờ bay hoặc niên hạn mà Nhà sản xuất (cung cấp) bảo hành máy bay đáp ứng tất cả các yêu cầu về chức năng và các tham số kỹ thuật trong điều kiện Nhà khai thác chấp hành đầy đủ các quy tắc khai thác, bảo quản và vận chuyển.
