Pomiary i analizy doświadczalne oraz stoiskowe próby wytrzymałościowe

W ramach powyżej sformułowanej tematyki Zakład proponuje współpracę w zakresie następujących zagadnień:

  1. laboratoryjne pomiary odkształceń i przemieszczeń wykonywane dla serii próbek materiałów metalowych oraz kompozytowych,
  2. laboratoryjna analiza naprężeń wykonywana dla serii próbek materiałów metalowych oraz kompozytowych,
  3. pomiary odkształceń i przemieszczeń przeprowadzane na obiektach rzeczywistych (nie tylko lotniczych) w uzgodnionych punktach pomiarowych,
  4. analiza rozkładów naprężenia wykonywana dla obiektów rzeczywistych (nie tylko lotniczych) w wytypowanych punktach pomiarowych konstrukcji,
  5. rejestracja wartości odkształceń oraz naprężeń podczas stoiskowych, statycznych prób wytrzymałościowych obiektów technicznych (w tym bardzo chętnie lotniczych),
  6. rejestracja oraz analiza rozkładu wartości współczynnika obciążenia podczas naziemnych prób rezonansowych obiektów technicznych (w tym bardzo chętnie lotniczych).

Ponadto – szczególnie z myślą o konstrukcjach statków powietrznych, ale nie tylko – istnieje możliwość przeprowadzenia prób w locie (lub podczas ruchu pojazdu). Mierzonymi wielkościami mogą być odkształcenia, naprężenia oraz wartości współczynnika obciążenia w wybranych punktach pomiarowych badanej struktury.
Doświadczenie pracowników Zakładu pozwala na dokonywanie pomiarów zarówno w przypadku obiektów (konstrukcji) metalowych, jak i kompozytowych.
Na życzenie współpracującej instytucji (osoby) badany obiekt może zostać poddany analizie numerycznej (porównawczej lub niezależnej) bazującej na modelu (modelach) obliczeniowym wykonanym w Pracowni Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji Systemów Mechatronicznych. Na zdjęciach poniżej przedstawiono wybrane przykłady badań eksperymentalnych przeprowadzonych przez kadrę Zakładu.

itl32     

Pomiary wartości odkształceń, w wybranych punktach pomiarowych, kompozytowej struktury kadłuba samolotu EM-10 Bielik, podczas stoiskowej, statycznej próby wytrzymałościowej
itl33     

Pomiary odkształceń i przemieszczeń, w wybranych punktach pomiarowych, kompozytowej struktury izolowanego skrzydła samolotu EM-11 Orka, podczas stoiskowej, statycznej próby wytrzymałościowej

itl34

Stanowisko pomiarowe do rejestracji wartości odkształceń, podczas stoiskowej próby wytrzymałościowej, z widocznym wielokanałowym mostkiem tensometrycznym ESAM Traveller plus

itl35

Pomiary odkształceń i naprężeń, w wybranych punktach pomiarowych, kompozytowej struktury całego samolotu EM-11 Orka, podczas stoiskowej, statycznej próby wytrzymałościowej

Zakład Budowy i Eksploatacji Statków Powietrznych dysponując narzędziami obliczeniowymi i pomiarowym oraz urządzeniami i oprzyrządowaniem do badań mechanicznych zgromadzonymi w Pracowni Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji systemów Mechatronicznych oraz Laboratorium Wytrzymałości Konstrukcji realizuje prace inżynierskie i badawcze w dziedzinie projektowania, obliczeń i oceny struktur lotniczych z wyszczególnieniem następujących zagadnień:

  1. W zakresie projektowania statków powietrznych:
    • obliczanie aerodynamicznych obciążeń zewnętrznych dla zadanych przypadków lotu,
    • wyznaczanie przeciążeń odpowiadających charakterystycznym prędkościom obliczeniowym celem opracowania obwiedni obciążeń w oparciu o wymagane przepisy lotnicze,
    • wstępne obliczenia wytrzymałościowe elementów konstrukcji nośnej,
    • analizy statystyczne pod kątem doboru optymalnych własności materiałowych,
    • wstępne analizy masowe i wyważenie płatowca,
    • rysunki wykonawcze detali wchodzących w skład zespołów płatowcowych,
    • przygotowanie dokumentacji technicznej obejmującej całość projektowanego obiektu w postaci elektronicznej.
    itl36     

    Obwiednia obciążeń dopuszczalnych dla samolotu PZL-130 TC I

  2. W zakresie zintegrowanego modelowania strukturalnego i aerodynamicznego aerosprężystych układów nośnych:
    • odtwarzanie geometrii statków powietrznych w postaci trójwymiarowego modelu w oparciu o pomiary niwelacyjne bądź dokumentację papierową,
    • dyskretne modele sztywnościowo-masowe obiektów izotropowych i anizotropowych w oparciu o elementy jedno-, dwu- i trójwymiarowe na potrzeby obliczeń metodą elementów skończonych,
    • modelowanie kompozytów laminatowych na użytek bazy danych wykorzystywanej w doborze własności materiałowych wirtualnego płatowca,
    • modele panelowo-bryłowe i pasowe do wyznaczania niestacjonarnych obciążeń aerodynamicznych.

    itl37

 

itl38 Geometria bryły i struktury wewnętrznej samolotu Su-22M4
itl39

itl40
Dyskretne modele masowo-sztywnościowe samolotów szkolno treningowych PZL-130 TC II Orlik i EM-10 Orka (model połówkowy) do analiz metodą elementów skończonych

itl41itl42
itl43itl44

Kolejne etapy odtwarzania geometrii zewnętrznej samolotu F-16 E oraz model panelowy do aerodynamiki stacjonarnej wygenerowany na bazie powierzchniowego obrysu bryły.

itl45itl46

Panelowo-bryłowy model do aerodynamiki flatterowej samolotu PZL-130 TC II (metoda siatki dipolowej): a) widok ogólny paneli i elementów bryły smukłej, b) widok panelowych elementów aerodynamicznych oraz rury interferencyjnej

  1. W zakresie numerycznej analizy strukturalnej opracowanych modeli (MSC.NASTRAN/PATRAN):
    • liniowa i nieliniowa analiza statyczna wirtualnego obiektu obliczeniowego: określenie charakteru i wielkości odkształceń i naprężeń pod wpływem zadanych obciążeń stacjonarnych,
    • analiza drgań własnych obiektu: wyznaczenie częstości i postaci naturalnych odkształceń dynamicznych,
    • analiza drgań typu flatter struktury aerosprężystej w oparciu o model dyskretny konstrukcji i model do wyznaczania obciążeń aerodynamicznych w przepływie niestacjonarnym,
    • analiza wyboczenia zamodelowanej struktury wytrzymałościowej,
    • dynamiczna analiza odpowiedzi częstotliwościowej i odpowiedzi impulsowej.
    itl47     

    Rozkład naprężeń zredukowanych w pokryciu skrzydła samolotu PZL-130 TC I dla przypadku C obwiedni obciążeń>
    itl48itl49

    Symulacja maksymalnego statycznego obciążenia skrzydła samolotu EM-10 i rozkład przemieszczeń

    Postać 4 – wychylanie sterów kierunku, f=5.99 Hz

    itl50

    Postać 5 – wychylanie sterolotek, f=13.17 Hz

    itl51

    Postać 6 – zginanie skrzydeł, f=17.23 Hz

    itl52

    Postać 7 – zginanie usterzeń w zgodnych fazach, f=19.61 Hz

    itl53

    Postać 8 – zginanie usterzeń w przeciwnych fazach, f=22.30 Hz

    itl54

    Postać 9 – wychylanie tylnych klap, f=26.17 Hz

    itl55

    Symetryczne postacie drgań własnych samolotu EM-10 wyznaczone na bazie modelu

  2. W zakresie pomiarów i analiz doświadczalnych:
    • pomiary tensometryczne odkształceń i naprężeń oraz pomiary potencjometryczne przemieszczeń (ugięć) w trakcie stoiskowych prób wytrzymałościowych badanej konstrukcji nośnej,
    • dynamiczne pomiary drgań w zakresie niskich częstotliwości (do 10 Hz),
    • badanie własności materiałów kompozytowych w obniżonych i podwyższonych temperaturach.
    itl56itl57

    Fragment instalacji tensometrycznej podłączonej do płatowca samolotu PZL-130 TC II podczas pomiarów odkształceń struktury

  3. W zakresie numerycznej analizy stateczności statków powietrznych:
    • wyznaczenie współczynników tłumienia oraz częstości podstawowych postaci naturalnych drgań statku powietrznego: oscylacje szybkie (drgania silnie tłumione), oscylacje fugoidalne (drgania długookresowe z niezbyt dużym współczynnikiem tłumienia), holendrowanie (drgania krótkookresowe silnie tłumione), postać nieoscylacyjna spirala.
    itl58itl59

    Przebieg współczynnika tłumienia i częstości w funkcji prędkości lotu dla oscylacji szybkich i holendrowania samolotu F-16

  4. W zakresie oceny trwałości struktury konstrukcyjno-wytrzymałościowej i wnioskowania o przedłużeniu okresu eksploatacji statków powietrznych:
    • tworzenie fizycznych i matematycznych modeli rzeczywistej konstrukcji podlegającej procesowi przedłużenia okresu eksploatacji,
    • opracowanie widma obciążeń zmęczeniowych na podstawie przyjętej misji wykonania zadania przez statek powietrzny,
    • modelowanie zjawisk stanów awaryjnych i uszkodzenia struktury nośnej statków powietrznych,
    • opracowanie analiz statystycznych typowych uszkodzeń struktur nośnych i siłowych opartych o procedurę eksploatacyjną statków powietrznych.
    a)

    itl60

    b)

    itl61

    c)

    itl62

    d)

    itl63

    Analiza statyczna uszkodzonej konstrukcji statecznika pionowego samolotu MiG-29: a) rzeczywista struktura ze śladami uszkodzenia, b) symulacja obciążenia modelu statecznika, b) wizualizacja przemieszczeń, d) rozkład naprężeń zredukowanych

  5. W zakresie modernizacji struktury płatowca:
    • symulacja modelowa aktualnego i modyfikowanego stanu konstrukcji płatowcowej,
    • uaktualnienie dokumentacji technicznej płatowca – zapis konstrukcji w formie skatalogowanych przekrojów poprzecznych elementów siłowych struktury nośnej,
    • analiza wytrzymałościowa struktury bazowej i modernizowanej z uwzględnieniem alternatywnych materiałów konstrukcyjnych (kompozyty laminatowe),
    • optymalizacja konstrukcji z punktu widzenia zastosowania nowych materiałów i wdrożenia nowatorskich rozwiązań technologicznych.
a)

itl64

b)

itl65

c)

itl66

d)

itl66

Etapy tworzenia struktury płatowca do badań numerycznych MES

itl70

Rozmieszczenie podłużnic wraz z rysunkami przekrojów w płaszczyźnie wręgi nr 23

a)

itl68

b)

itl69

Warunki brzegowe i symulacja obciążenia konstrukcji bazowej skrzydła dla przypadku nurkowania samolotu TS-11 oraz uzyskany rozkład przemieszczeń


Realizując wymienione przedsięwzięcia badawcze zakład współpracuje z innymi instytucjami lotniczymi. W tejże współpracy najważniejsi partnerzy to:

  • Politechnika Warszawska – Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa,
  • Margański&Mysłowski Zakłady Lotnicze Sp. z o.o.,
  • EADS-PZL “Warszawa-Okęcie” S.A.,
  • Instytut Lotnictwa,
  • Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych,
  • Polskie Zakłady Lotnicze Mielec Sp. z o.o.,
  • Wojskowe Zakłady Lotnicze nr 2 (Bydgoszcz),
  • Wojskowe Zakłady Lotnicze nr 4 (Warszawa).