КРИТИЧЕСКАЯ ДЕТАЛЬ

                                                                                                                                   Любая критическая неисправность до того,
как произойдет впервые,
считается или невозможной,
или некритической.

Батер Брэд

«Так вот где таилась погибель моя!
Мне смертию кость угрожала!”
Из мёртвой главы гробовая змея,
Шипя между тем выползала;
Как чёрная лента, вкруг ног обвилась,
И вскрикнул внезапно ужаленный князь.

                                                                                                                   А.С. Пушкин.

Песнь о вещем Олеге.

Смертельно опасная кость летательного аппарата —  нерезервированные критичные компоненты конструкции, единичный отказ которых может привести к катастрофе.  Достаточно в полете сломаться одной детали втулки  или лопасти несущих винтов,  управления углом установки лопастей, автоматов перекоса, редуктора – тяжелого летного происшествия не избежать. Большая часть такого типа  деталей находится под воздействием высокого динамического нагружения, вызывающего «усталость» материала. Физика накопления «усталости» материала изучена так же дотошно, как процесс развития гриппа или артроза.  Если, к примеру, металл представляет собой кристаллическую решетку, в узлах которой размещаются атомы, то под периодическим механическим воздействием особо беспокойные атомы покидают насиженные места, уходя в  свободное плавание.  Образовавшаяся в кристаллической решетке дырка называется вакансией. Несколько рядом расположенных вакансий объединяются, подобно дворовой шпане, в шайки, на благородном языке металлургов – «дислокации». Такие разбойничьи объединения разрастаются, выползая, в конце концов, на поверхность детали. Бдительный авиатехник замечает появление трещины. Если не замечает — разрушение детали в самый неподходящий момент. Грипп являет себя температурой, насморком, головной болью.  Ощутимо дают о себе знать артриты, бурситы и прочие артрозы. Испытывая боль, человек хнычет, не понимая своего счастья. Ведь боль – это сигнал опасности, предупрежден – вооружен. Вертолет пока не оснащен датчиками, чувствующими приближение предельного состояния критичных по условиям усталости деталей.  Это печально – инженеры и ученые создали способы, изготовили виброакустические, ультразвуковые, вихретоковые, визульно-оптические, магнитно-резонансные и иные приборы, которые позволяют выявлять усталостные повреждения материала на ранних стадиях их развития.  Нобелевские премии ждут специалистов авиационной безопасности, которые внедрят диагностику усталостных повреждений в систему аварийной или предупредительной сигнализации вертолета.  Чтобы где-нибудь на стоянке в голубом Сингапуре, после приземления, бортмеханик услышал бы из динамика  приятный женский голос: «Саня, дорогуша, разуй глазки – шпангоут № 7а  немножко треснул в районе выреза под левый  нижний дверной замок!». Довольный Саня  быстренько ставит нужную заплату в нужном месте.

В отсутствии достаточно полной, чуткой и эффективной нервной системы  исправность критических деталей в ожидаемых условиях эксплуатации достигается за счет различного рода коэффициентов надежности. Для деталей, работающих на усталость, устанавливаются ограничения летной годности с использованием коэффициентов запаса, которые учитывают как  возможные изменения спектра эксплуатационных нагрузок, так и разброс характеристик усталостной прочности натурных деталей.  Положим — по результатам испытаний, анализа и расчета средняя долговечность детали оказалась равной сто тысяч летных часов.  Ограничения летной годности при этом составят  7-8 тысяч часов.  Расточительная технология – но что остается делать?  Притом, что строгой математической гарантии вероятности неразрушения детали в эксплуатации существующая методика не дает: ведь, все-таки, испытываются одни экземпляры деталей, а летают-то другие Тяжелые летные происшествия из-за усталостных разрушений критичных деталей сопровождали период разработки первых советских винтовых летательных аппаратов.

23 мая 1937 года во время перелета с центрального аэродрома в Москве в Чкаловское на аэродром НИИ ВВС, вблизи села Медвежьи Озера (Щелковский район),  на 18-м часу налета произошло усталостное разрушение лопасти несущего винта автожира ЦАГИ А-12.  Погиб летчик-испытатель Семён Кириллович Козырев. Из-за катастрофы не удалось закончить летные испытания автожира и полностью определить его летные данные.

7 января 1947 года опытный вертолет Омега Г-3 «Корректировщик артиллерийского огня» И.П. Братухина вскоре после взлета рухнул в нескольких километрах от аэродрома — причиной аварии стало разрушение подшипников и поломка вала нижнего редуктора правого НВ.

13 декабря 1948 года на опытном вертолете Б-11 конструктора И.П. Братухина в полете разрушилась вилка крепления одной из лопастей. Погибли летчик К.И. Пономарев и бортрадист И.Г. Нилус: одна из первых катастроф вертолета из-за усталости критической детали.

7 марта 1949 года во время перегоночного полета с заводской испытательной станции в НИИ потерпел катастрофу опытный вертолет Ми-1: из-за некачественной сварки разрушился вал хвостовой трансмиссии, машина начала вращаться относительно оси несущего винта, резко опустила нос и рухнула на землю. Погиб пилотирующий вертолет летчик-испытатель Матвей Карлович Байкалов.

Несколько позже с проблемой усталости металла пришлось столкнуться и конструкторам самолетов. В 1954 году, 10 января и 8 апреля, произошли две катастрофы реактивных пассажирских самолетов «Комета».  Причиной трагических случаев обоих самолетов стало усталостное разрушение фюзеляжа в районе выреза под антенну. «Комета" была одним из первых самолетов, имевших фюзеляж с наддувом, чтобы избавить пассажиров от дискомфорта, связанного с резким перепадом атмосферного давления при изменении высоты. Конструкторы "Кометы" не обратили достаточного внимания на опасность "усталости" металла в местах концентрации напряжений, особенно в условиях возможности декомпрессии.  После того, как усталостная трещина выходила на поверхность, фюзеляж мгновенно разрушался и самолет взрывался, словно надутый воздушный шар.

Недостаточное внимание к вопросам усталостной прочности конструкции самолета породило анекдотичный разговор двух уборщиц лондонского аэропорта:

Поздно ночью, закончив уборку пустого салона
самолета и закрыв дверь, они остановились
 на ступеньках трапа.
«Мэри, ты не выключила свет в туалете».
«Откуда ты знаешь?»
«Разве ты не видишь –
вон светится трещина в стенке фюзеляжа!».

Авиационные происшествия дали сильный импульс к более глубокой разработке теории усталости.  Построены многочисленные установки и стенды, проведен громадный объем научно-практических исследований, разработаны нормы прочности вертолетов и самолетов, различного рода инструкции и методики, направленные на предотвращение опасных усталостных повреждений в эксплуатации. В нормы летной годности введено требование:  тяжелые летные происшествия из-за разрушения критичных деталей  должны быть исключены. Однако, до настоящего времени случаи усталостных разрушений критичных деталей все же случаются, и не так редко, как бы хотелось.  27 июля 1960 года разбился вертолет Сикорский H-34 следующий  рейсом Chicago Helicopter Airways в Форест Парк (штат Иллинойс).  Одиннадцать пассажиров и двое членов экипажа погибли. Расследование показало, что вертолёт потерял управление в результате усталостного разрушения конструкции несущего винта. 26 августа 1970 года  при взлете с аэродрома  города Салехард  из-за разрушения на высоте 50-70 метров лопастей рулевого винта и хвостовой балки потерпел крушение вертолёт МИ-8. 3 члена экипажа и 4 пассажира погибли. 9 июня 1989 года в Сызранском училище потерпел катастрофу военный вертолет Ка-27ПЛ вследствие усталостного разрушения в связи с резонансными колебаниями диска суммирующей шестерни редуктора. На высоте 430 метров экипаж в составе КВС и курсанта почувствовал сильные вибрации, удары в районе редуктора, ухудшение управляемости. Командир и курсант Ришат Асманович Муллагильдин выбросились с парашютами, но курсант погиб: его парашют зацепился за вертолет. 2 ноября 2007 года в Либерии потерпел катастрофу  вертолет Ми-8МТВ авиакомпании ЮТэйр. Причиной происшествия стало усталостное разрушение лонжерона  лопасти рулевого винта с последующим отрывом лопасти, разрушением хвостовой балки и отрывом втулки рулевого винта с редуктором. Это произошло  в горизонтальном полете на высоте около 180 метров через 3 минуты после взлета. Проверкой  установлено несоответствие года выпуска и фактических технологических номеров лопастей сведениям, указанным в паспорте данного комплекта. 3 февраля 2009 года в рядовом полете вблизи города Пугачева Саратовской области камнем  рухнул с высоты полтора километра военный вертолет Ми-24 Сызранского училища летчиков: заклинивание редуктора, обрыв лопастей… 20 декабря 2011 года в Сургутском районе  Тюменской области потерпел катастрофу вертолет Ми-26Т, принадлежавший Нефтеюганскому авиационному отряду. Экипаж выполнял первое в этот день задание по перевозке на внешней подвеске пустой топливной емкости. Днем, в хорошую, ясную погоду при выполнении захода на посадку на высоте около 60 м от фюзеляжа отвалилась хвостовая балка вместе с рулевым винтом. Вертолет начало вращать; при грубом приземлении на левый борт отсоединилась от фюзеляжа кабина экипажа. Погиб бортоператор, остальные члены экипажа получили различные травмы. Причиной летного происшествия стало усталостное разрушение фюзеляжа в месте подсоединения хвостовой балки.

Каждое описанное выше летное происшествие имеет свое хитросплетение причинных факторов. Есть и общее – такие случаи возможно предотвратить.  Дело не такое хитрое, не бином Ньютона. Единственное, что здесь  требуется – должная ответственность исполнителей, строгое выполнение действующих правил в области назначения ограничений летной годности критичных деталей.

WordPress SEO