8.3. Нормы прочности - закон при создании
конструкции самолета
Как уже отмечалось (см. раздел 3.1), ЛА должен удовлетворять требованиям ТЗ, а также различным техническим условиям, нормам,
правилам и инструкциям, которые отражают опыт развития авиационной техники и которые в процессе развития техники изменялись в направлении
повышения безопасности полета, расширения возможностей использования ЛА, улучшения его эксплуатационных характеристик.
Для гражданских самолетов в СССР были последовательно разработаны несколько редакций. Норм
летной годности гражданских самолетов (НЛГС), которые являлись государственным стандартом, соответствующим требованиям ИКАО, и
устанавливали предельный минимум свойств и характеристик, которыми должен обладать каждый вновь проектируемый самолет с точки зрения
обеспечения безопасности и надежности полетов. Затем эти Нормы трансформировались в Единые нормы летной годности гражданских
самолетов (ЕНЛГС), обязательные к выполнению в странах социалистического содружества.
В настоящее время объединяющий государства бывшего СССР МАК (Межгосударственный авиационный
комитет), основной задачей которого является обеспечение безопасности полетов самолетов гражданской авиации, разработал
обязательные к выполнению Авиационные правила (АП), которые, с одной стороны, являются логическим
развитием НЛГС и ЕНЛГС, а с другой стороны, приведены в соответствие с аналогичными правилами в других странах мира, например с государственными
требованиями США к гражданским самолетам FAR (Federal Aviation Regulations).
Нормы прочности являются частью этих правил и регламентируют характер и значения
нагрузок, которые должны быть учтены при расчетах самолета на прочность, а также методику проведения прочностных испытаний самолета.
Чтобы обеспечить прочность самолета во всех возможных ситуациях эксплуатации, в Нормах прочности устанавливается ряд расчетных
случаев. Расчетные случаи соответствуют такой ситуации при эксплуатации самолета, при которой получаются наиболее тяжелые условия нагружения.
Для каждого случая задается характер распределения внешних нагрузок, устанавливается значение эксплуатационной перегрузки
nэmax, вероятность превышения которой в процессе эксплуатации ничтожно мала, и значение коэффициента
безопасности ƒ. Расчетные нагрузки P p связаны с
эксплуатационными нагрузками P э соотношением P p
=P эƒ. Таким образом, коэффициент безопасности показывает, во сколько раз расчетная нагрузка больше
эксплуатационной. Основное назначение этого коэффициента состоит в том, чтобы обеспечить достаточную прочность и отсутствие остаточных
деформаций конструкции в процессе эксплуатации.
Для самолетных конструкций ƒ = 1,5¸2.
Случаи нагружения (расчетные случаи) устанавливаются для самолета в целом и его
основных агрегатов (крыло, оперение, фюзеляж, шасси, управление и т. д.), исходя из всех возможных эксплуатационных ситуаций. Каждый расчетный
случай может иметь и буквенное обозначение. Так, регламентируется нагрузка на крыло при выходе из пикирования и при полете в болтанку с большой
скоростью (случай А); нагрузка на шасси при посадке с передним ударом в основные стойки шасси (случай Gш);
нагрузка на фюзеляж при вынужденной посадке самолета на воду (случай Мф) и т. д.
Нормы прочности регламентируют требования к температурной прочности, к жесткости конструкции и к обеспечению безопасности от
флаттера, дивергенции, реверса и аэроупругих колебаний системы "самолет - система автоматического управления".
Требования Норм прочности - непреложный закон при создании конструкции.
Наука о прочности ЛА непрерывно развивается, методы проектирования конструкций, о которых пойдет речь в следующем разделе,
позволяют корректировать требования Норм прочности, в частности уменьшать коэффициенты безопасности и, как следствие, массу конструкции при
сохранении необходимой прочности и жесткости.
В последние годы появились работы, обосновывающие целесообразность использования режимов полета с нагрузками,
превышающими установленные максимальные эксплуатационные.
Так, для крыла истребителя, спроектированного на эксплуатационную перегрузку 8 и испытанного на максимальную (расчетную, с
учетом коэффициента безопасности) перегрузку 12, возможно кратковременное нагружение с перегрузкой 9 - 10. Естественно, это улучшает маневренные
характеристики истребителя и повышает его боевую эффективность.
Разумеется, в этой ситуации требуется тщательный контроль технического состояния конструкции.
Этот принцип не только обоснован в теоретических работах, но и подтвержден стендовыми и летными испытаниями применительно к
гидросистемам управления ЛА. Использование этого принципа при проектировании силовых гидросистем, которые многократно (2 - 4) раза резервируются,
позволяет существенно уменьшить их массу, объем, потребляемые и выходные (установочные) мощности.
Поэтому утверждение "требования Норм прочности - непреложный закон при создании конструкции" следует понимать только в том
смысле, что прочность конструкции должна быть обоснована документами, действующими на момент предъявления ЛА заказчику (см. раздел 18.6).
Таким образом, стоящая перед проектировщиками задача создания конструкции минимально возможной массы должна решаться с
учетом требований прочности и жесткости конструкции, влияющих не только на массу ЛА, но и на его ЛТХ, поскольку недостаточная жесткость конструкции
приводит к искажению обводов ЛА, снижению аэродинамических характеристик, ухудшению устойчивости и управляемости.