Ghostscript wrapper for D:\Digitalizacja\MTS87_t25_z1_4_PDF_artykuly\01mts87_t25_zeszyt1_2.pdf M ECH AN IKA TEORETYCZNA I  STOSOWANA 1/ 2,  25,  1987 P OSTU LOWAN E  P OM I AR Y  WI D M A  OBC I Ą Ż EŃ   EKSP LOATAC YJN YC H SKR Z YD E Ł  SZ YBOWC ÓW  W  LOC I E WIESŁAW  STAFIEJ PZL - Blelsko 1.  Wstę p Aby  udowodn ić  zakł adan y  przez  wytwórcę   resurs  szybowca,  konieczne jest  przepro- wadzenie  próby  zmę czeniowej.  P róbie takiej  poddaje  się   skrzydł o, jako  zespół   reprezenta- tywny  dla  cał ej  struktury  pł atowca,  albowiem  tutaj  tworzywo  poddane jest  najwię kszemu wytę ż eniu. D la  ja k  najwierniejszego  odtworzenia  w  próbie  rzeczywistych  obcią ż eń  pł atowca, konieczna  jest  znajomość  widma  obcią ż eń  eksploatacyjnych,  towarzyszą cych  róż nym stan om  lotu  i  sytuacjom  naziemnym. Wiarygodną   charakterystykę   widma m oż na uzyskać jedynie drogą   pomiarów, albowiem rozważ ania  teoretyczne  obarczon e  są   zawsze  bł ę dami wynikają cymi  z  zał oż eń upraszcza- ją cych,  przyjmowanych  przy  analitycznym  przybliż aniu  zjawisk  rzeczywistych. 2.  Odtwarzanie  widma  obcią ż eń W  trakcie  próby  zmę czeniowej  widmo  obcią ż eń  może  być  realizowane  poprzez  symu- lację   odtwarzają cą: —  obcią ż enia  pojawiają ce  się   lot  p o  locie, —  obcią ż enia  zbiorcze  ze  wszystkich  lotów,  zgrupowane  w  charakterystyczne  bloki. Sposób  pierwszy  symuluje  wiernie  „ historię   ż ycia"  szybowca,  jednakże  obcią ż enia nastę pują ce po sobie  są   bardzo zróż nicowane. Sposób drugi pozwala na  usystematyzowanie obcią ż eń  co  do  ich  wielkoś ci  i  charakteru.  Odtwarzanie  obcią ż eń  lot  p o  locie  może  być praktyczn e tam , gdzie  ch arakter  obcią ż eń  nie jest  skomplikowany  i wykazuje  dużą   powta- rzalnoś ć.  D otyczy  t o  n p.  samolotów  latają cych  n a  ustalonych  trasach i  w  ustalonych  wa- run kach  meteorologicznych. Szybowiec  z  n atury  wykorzystuje  termikę , co  stwarza  ogrom ne zróż nicowanie  warun- ków, a w ś lad za tym zróż nicowanie obcią ż eń. D latego w realizowanych dotychczas próbach zmę czeniowych  skrzydeł   szybowców  stosowano  program y  oparte n a widmie  uję tym  w po- staci  blokowej. 282 W.  STAF I EJ P omiary  mogą   być  oczywiś cie  dokonywane  w  okreś lon ym  odcinku  czasu  a  wyniki należy  ekstrapolowac  n a  cał ą   przewidywaną   ż ywotność  szybowca.  Reprezentatywny czas pom iaru  w  przypadku  widma  o  urozmaiconym  przebiegu  musi  być  wię c  odpowiednio dł ugi,  co  dodatkowo  komplikuje  pom iary  w  szybownictwie. 3.  Postać  bloku  obcią ż eń Blok  obcią ż eń  zmę czeniowych  jest  graficznym  przedstawieniem  funkcji  : n=f(H) gdzie:  n —  wielkość  współ czynnika  obcią ż enia  szybowca, H—-  krotność  powtórzeń  obcią ż enia  o  poziomie  n Wielkoś ciami  charakteryzują cymi  blok  obcią ż eń  (rys.  1)  są : ri / 7 -   np- Rys.  1,  Postać  bloku  obcią ż eń. współ czynnik  obcią ż enia  podstawowego  n v ,  podają cy  poziom  wzglę dem  którego  za- chodzą   zmiany  obcią ż enia  okreś lone  przyrostam i  współ czynnika  obcią ż enia  Arii (dodatnim )  oraz  An u   (ujemnym). ilość  stopni s jakim i  widmo  cią głe  aproksym owan o  ukł adem  dyskretnym wielkość  współ czynników  obcią ż enia  dla j  stopn ia  obcią ż en ia: " i ,  =   n p J rń n ij   (górna  wartość  obcią ż enia)  oraz n 2j   =   n p +An UJ   (doln a  wartość  obcią ż enia), ilość  zmian  obcią ż enia  od  wartoś ci  n-.  do  wartoś ci  n 2 ,  przypadają cych  n a /   stopień obcią ż enia: J} r u  gdzie  m  okreś la  ilość  cykli  Hi  dla  j  stopnia. P OSTU LOWAN E  POMIARY  WI D M A. ilość  zmian  obcią ż eń  w  bloku: 283 Jeż eli  An d] +An dj   — 0  blok  posiada  budowę   symetryczną   wzglę dem  obcią ż enia  pod- stawowego  rtp.  M oże być  usytuowany  wzglę dem  osi  poziomej  ukł adu n  =  / ( / / ) : centralnie, gdy  n p   =   0  lub  przesunię ty  d o  góry  n p   >  0 wzglę dnie  do  doł u  n t   <  0.  Obcią ż enie  podsta- wowe może przybierać  form ę :  n p   — const lub n t   =  f{q>),  gdzie   P aram etry figur  należy  rejestrować  przy  ich  oddzielnym  wyko- nywaniu  oraz  we  wią zankach  akrobacji. 6.8. Blok  lotów  treningowych  i  kontrolnych.  Obcią ż enia  w  tym  bloku  są   zlepkiem  obcią - ż eń  okreś lonych  w  blokach  poprzednich,  zależ nie  od  postawion ego  pilotowi  zadania treningowego.  Celem rejestracji  jest  stwierdzenie jaki  procen t obcią ż eń  z  bloków  poprzed- nich  pojawia  się   w  lotach  treningowych. .  6.9.  Blok  rozbiegu,  dobiegu  i  kołowania. Blok  ujmuje  stany  obcią ż eń  szybowca  n a  ziemi. Celem  pomiarów  jest  ustalenie:  funkcji  wielkoś ci  obcią ż enia  podstawowego  wzglę dem drogi  (rozbiegu,  dobiegu  i  koł owania) oraz  wielkoś ci  przyrostów  obcią ż eń  nakł adają cych się   n a  stan  podstawowy  wywoł ywanych  reakcją   pł atowca  n a  nierównoś ci  podł oż a, przy zmieniają cej  się  wartoś ci  sił y  noś nej  pł ata  (rozbieg  i dobieg).  P rzy  rejestracji  należy  wzią ć pod  uwagę :  róż ne stany  nawierzchni lotn isk  i lą dowisk,  porę   roku,  wprawę   pilota  (uczeń, pilot  doś wiadczony)  oraz  róż ne rodzaje  startów  (hol za  sam olotem ,  wycią garka). Koł owanie  objeniuje  stany  obcią ż eń wywoł ywane  przetaczan iem szybowca  p o  lotnisku (rę cznie,  przy  pomocy  traktora,  sam ochodu).  N ależy  dokon ać  pom iaru  przy  róż nych, dopuszczalnych  prę dkoś ciach  koł owania. 6.10.  Blok  transportu kołowego.  W  przypadku  m ocowania  szybowca  n a  wózku  transpor- towym  za  noś ne  elementy  struktury,  co  wprowadza  sił y  skupion e  w  konstrukcję ,  należy również dokon ać pom iaru obcią ż eń tych elementów z uwzglę dnieniem  prę dkoś ci holowania wózka,  wł asnoś ci  trakcyjnych  samochodów  i  róż nych  stan ów  nawierzchni  dróg  oraz przecię tne  odległ oś ci  lą dowań  przygodnych  od  lotn iska. 7.  Ograniczenia  pomiarów M oż liwoś ci  przeprowadzenia  peł nych  pom iarów  są   ograniczone.  Te  elementy  prób, które  mogą   być  wł ą czone do  program u  prób  fabrycznych  i  pań stwowych  mogą   być  wy- kon an e  w  sposób  wzglę dnie  peł ny.  Jednakże  obcią ż enia  typowo  eksploatacyjne  wymagają organizacji  współ pracy z uż ytkownikiem  sprzę tu, a t a m oże n apotykać n a róż ne  obiektywne i  subiektywne  trudnoś ci,  wią ż ą ce  się ,  gł ównie  z  obsł ugą -   aparatury  pom iarowej,  jako elementu  nietypowego  w  praktyce  aeroklubowej. N ależy  również  liczyć  się   z  duż ym  rozrzutem  wyników,  t ak  wię c  uzyskany  materiał musi  być  n a  tyle  bogaty,  aby  pozwolił  n a  statystyczną   obróbkę   wyników, 8.  Wyniki  pomiarów  dotychczasowych Sposób  technicznej  realizacji  pom iarów  oraz  przetwarzan ia  danych  pomiarowych omówiony  jest  w  artykule  P .  Lam ersa:  „ P om iar  i  rejestracja  widm a  obcią ż eń  skrzydeł m etodą   tensometryczną ",  stanowią cym  integralną   cał ość z  niniejszym  opracowaniem . P OSTU LOWAN E  POMIARY  WI D M A... 287 P om iary  widm a  dla  szybowca  SZD- 51-1  „ Ju n io r", zapoczą tkowane  w  „ P Z L- Bielsko" pozwalają   n a  podan ie  przykł adowo  niektórych  wyników  uzyskanych  w  zrealizowanym dotychczas etapie  zał oż onego  program u  badań . P rzebieg  widm a  obcią ż eń  skrzydł a  podczas  startu  (rozbieg  po  nawierzchni  lotniska trawiastego  przedstawion o  n a  rys.  4,  gdzie: 50  100  150  200  J Rys.  4.  Widmo  obcią ż eń  skrzydł a  (obwiednia)  dla  jednego  startu. n, —  współ czynnik  obcią ż enia  skrzydł a,  przy  czym  wartość  n,  — 1 odpowiada  obcią ż eniu skrzydł a  równ em u  sile noś nej  w  locie  ustalonym  (cię ż ar  szybowca  w  locie) pomniej- szonej  o  cię ż ar  wł asny  skrzydł a. /   —  ilość  zm ian  obcią ż eń  podczas  rozbiegu  od  momentu ruszenia  szybowca  (obcią ż enie postojowe  równ e cię ż arowi  skrzydł a, skierowane  do doł u, a wię c ujemne) do momentu oderwania  się   szybowca  od  ziemi  (obcią ż enie  skierowane  do  góry,  a  wię c dodatnie). Lin ia  A  okreś la  obwiednię   maksimów  obcią ż eń,  linia  B  obwiednię   minimów.  Linia  C reprezentuje  wartość  obcią ż enia  podstawowego  wzglę dem  którego  zachodzi  oscylacja  do linii A  i B.  Obcią ż enie  podstawowe  podczas rozbiegu  zmienia się   od postojowego  do obcią - ż enia  w  locie.  Wartość  n,  >  1, ponieważ  n oś n ość  skrzydł a  równoważy  także  sił ę  n a  uste- rzeniu konieczną   dla zachowan ia  równowagi  podł uż nej szybowca. Przebiegi  widm a  obcią ż eń  skrzydł a  dla  kilku  figur  akrobacji  podstawowej  pokazano n a  rys.  5 i  rys.  6.  Wartość  współ czynnika  obcią ż enia  skrzydł a n, podan o w funkcji  kumu- latywnej  iloś ci  zm ian  obcią ż eń  H.  W  przypadku  akrobacji  poziomem  podstawowym  jest wielkość n,  =  1, t . j. stan  lotu  ustalonego  z  którego  szybowiec  wprowadzany  jest  każ dora- zowo  w  omawianą   figurę   akrobacji. 3 - 2 - 1  TTTT  1  TTT1  1  TTT1  1—TTT1  1 TTT i  I  i  I  i  i — r  i  i  I i  i  i  i  I i  i  I I I i  i  i  i i  i  i  i i  i  I  i  I i i  i  I I I 10 10 10 3 H Rys. 5. Widmo  obcią ż eń skrzydł a podczas korkocią gów  i przewrotów  (dla  1 godziny  akrobacji) i  i i i—i—rrn—i—TTTT  I  I IT pę tla wywrót  szybki I  I M  i I  i  I  I  I  i  l i i J  I  I  I  I  I  I-   U,I  i  1  U  1  I  I  I I 101 10 3 Rys. 6. Widmo  obcią ż eń skrzydł a podczas  pę tli i wywrotów  szybkich  (dla  1  godziny  akrobacji) n.1 1 n - i - 0.10 - 0 . 50 - 0 . 92 50 0.32 _nai6_,_ - 0 . 62 50 0.66 0.1B - 0 . 30 [  50 0.96 . ^ 0.24 |   50 1.30 0.72 H i 30 Ilość zmian obcią ż eń Rys.  7. Symulacja  stopniowego  widma  obcią ż eń  dla  jednego  startu [ 288] P OSTU LOWAN E  POMIARY  WI D M A. . .  289 9.  Sposób  wykorzystania  wyników U zyskane  przebiegi  widm  dla  poszczególnych  stanów  modelu  eksploatacji  szybowca pozwalają   n a opracowanie program u naziemnych prób zmę czeniowych. Z uwagi  n a zasto- sowany  sposób  laboratoryjnej  realizacji  prób  widmo  cią głe  wymaga  dyskretyzacji  na poszczególne  poziom y  obcią ż eń  zebrane  w  charakterystyczne  bloki. Blok  symulują cy  rozbieg  szybowca  (stanowią cy  zarazem  program  odnoś nej  próby zmę czeniowej)  dla  1 startu  przedstawiono  n a rys. 7.  Wielkość  współ czynnika  obcią ż enia skrzydł a n s   przedstawiono w funkcji  ilos'ci  zmian obcią ż eń  /  w trakcie jednego  startu. Blok  symulują cy  obcią ż enia  w  trakcie  wywrotu  szybkiego  pokazano  na rys.  8  jako wartość n s   w funkcji  H t   (iloś ci zmian  obcią ż eń  dla poszczególnych  stopni bloku). N a  stoisku  badawczym  skrzydł o obcią ż ane jest  ukł adem sił  przybliż ają cym  stan rzeczy- wisty  (rys.  9). Sił a P o   skierowana  do góry  odpowiada  obcią ż eniu dla n s   -   1, a  skierowana 3.00 0.0 10 2.90 0.08 20 2  76 019 40 2.60 1.00 0.50 170 1.94 074 440 1.15 092 270 Hi ilość zmia nhcic 1   — Rys.  8. Symulacja  stopniowego  widma  obcią ż eń  podczas  wywrotu  szybkiego  (dla 1 godziny  akrobacji) Rys.  9.  U kł ad  obcią ż ają cy  skrzydł o na stoisku  badawczym.  Ilość  punktów  przył oż enia sił  do skrzydł a zależy  od przyję tej  wiernoś ci  symulacji  obcią ż enia 19  M ech.  Teoret.  i  Stos.  1—2/87 290  •   W.  ST AH E J do  doł u  obcią ż eniu  dla  n s   =   — 1.  Stany  obcią ż eń  okreś lone  wartoś ciami  n s   wymagają przył oż enia  odpowiedniej  krotnoś ci  sił y  P o   wg  zależ noś ci:  P  — n s -   P a .  Odpowiednie usytuowanie  n a  skrzydle  sił   skł adowych  u kł ad u :  P ; wzglę dem  zam ocowan ia  skrzydł a  (y,) i  wzglę dem  krawę dzi  n atarcia  (xi)  pozwala  n a  symulację   zginania  i  skrę cania. 10.  Wnioski Celem  uzyskania  wiarygodnych  danych  dla  program owan ia  prób  zmę czeniowych skrzydeł  szybowców  konieczne jest  prowadzenie  systematycznych  pom iarów  widma  obcią - ż eń.  Optymalną   drogą   był yby  równoległ e  badan ia  prowadzon e  przez  wytwórcę   sprzę tu i  uż ytkowników. Konieczne jest zebranie szerokiego  m ateriał u statystycznego  w  peł nym zakresie  obcią ż eń eksploatacyjnych,  jako  danych  do  przetwarzania  informacji,  prowadzą cego  d o  budowy programu  próby  zmę czeniowej  i  wzbogacenia  wiedzy  n a  ten  tem at.  Podję cie  badań  jest sprawą   pilną ,  albowiem  wynik  próby  zmę czeniowej  jest  podstawą   do  okreś lan ia  resursu szybowców. Zapoczą tkowane w „ P Z L- Bielsko" pomiary na szybowcu  SZD - 51-1 „ J u n io r " pozwolił y n a  uzyskanie  wstę pnych  wyników,  umoż liwiając  korektę   zał oż eń teoretycznych  przyjmo- wanych przy program owaniu dotychczas prowadzonych pró b. Realizacja  peł nego program u badań  pozwoli  n a wierniejszą   symulację   stanu  rzeczywistego  pojawiają cego  się   w  eksploa- tacji  i  przygotowanie  dalszych  publikacji  n a  ten  tem at. Literatura 1.  F .  FRANZMAYER,  Statische  und  dynamische  Festigkeituntersuchungen  an einer T ragflachę   des  Segelflug- zeuges „Cirrus", Aerokurier  N r 10/ 1969 2.  F . FRANZMAYER,  Etn Kunststoff- Flugzeug  in der Zerreissprobc,  Aerokurier  N r  5/ 1970 3.  V.  KAHANEK, Fatigue life analysis of  the L - 13  (Blanik) glider,  Zprava  VZLU  Z- 31/ 1977 4.  C. KENSCHE, Betriebsbelastungsversuch  an aincm Segelflugzeugfliigel  in  CFK Bauweise,  OSTIV  Publi- cation  XVII 5.  H . KOSSIRA, W.  REIN KE,  Ermittlung  von L astkollektiven fur  die Bemessung  von Segelflugzeugen,  OSTIV Publication  XVII 6.  C. PATCHIN G , C. ESSON, Fatigue life considerations far  gliders operated in Australia,  G liding  Federation of  Australia,  Technical  Commitee. 7.  W.  STAFIEJ,  Program  próby  zmę czeniowej  skrzydł a  szybowca SZD- 37  „Jantar",  Technika  Lotnicza i  Astronautyczna  N r 7/ 1973 8.  W.  STAFIEJ,  Obcią ż enia  szybowca  wyczynowego  podczas toczenia się   po  lotnisku, Technika  Lotnicza i  Astronautyczna  N r 8/ 1981 9.  W.  STAH EJ, Model eksploatacji szybowca,  Technika  Lotnicza  i Astronautyczna  N r .11/1983 10.  W.  STAFIEJ,  W ing loading  spectrum  of glider in aerobatics  measured  on training two- seater  SZD- 9 bis „Bocian", Aero  Revue  N r 8/ 1985. P  e 3  IO M  e TPEBOBAH H fcIE  M 3M EP EH H H   CITEKTPA  3KC n JiyATAI i;H OH H Ł .I X  H ATPYSOK KPBIJIŁEB  m iAH E P O B  B  n O J lfiT E Bon poc  nporpaiWMH poBamra  Ha3eMHbix  yciaJiocTHHX  H cntiTaH irii  K p bu it ea  B  Ka- OCH OBW  fljiH   onpeflejienH H   pecypca. PaccMOTpeHa  arpyKTypa  cuem- pa  H arpy3oi<  H  e r o xapaKTepH crimecKH e  n apaAieipw. P OSTU LOWAN E  POMIARY  WI D M A. . .  291 3KcnnyaTaunoH H bix  n arpy3oK  njiaiiepa  u  naciota  HX  nosinjieH iM   saBHCirr  OT  :>iKeHHoił  c  noM omwo  xapaKTepjicTHHecKiix  6JIOKOB  n arpysoK. J O I J I  3anporpaMMnpoBaH H H   cneKTpa  narpy30K  HeoSxoflHMbM   jiBJifieicH   3iiannc G JIOKOB  B  C BH 3H   c  HCM  o6cy>nflen  Heo6xoAn.MWH   flH ana30H   H3MepeiiHii  n  iioJiiiTe. I lpH Be«eh M   n on y^en H bie  # o iiacTOJiinero  BpeMenH  pe3yjiŁTaTbi  ncnLiTaHHił   B  OTOM  o Sn a c r a , cn ocoS  HX  ncnonb3OBaH H a  AJI H   nocrpoH KH   nporpaiwmbi  ycT a^ocraoro  ncnbiTaHHJi  peami30BaH iroro  Me- TOflOM   npHMCHHeHblM  B HaCTOHmne S u m m a r y F LI G H T  M EASU REM EN TS OF  LOAD S  SPECTRU M   F OR A  G LID ER  WIN G  IN  EXPLOITATION The  problem  of  a  programme  on  ground  fatigue  tests,  as  a  base  for  glider  life  estimation  has  been presented.  The structure  of  loading  spectrum  and  it's  parameters  has  also  been  described.  The load level and  frequency  depending  on the glider  operation patterns are represented  by  the particular  loading  blocks. To  prepare  the  ground  test  programm  the  structure  of  particular  loading  blocks  should  be  defined on  the  base  of  flight  measurements  of  load  spectrum. The  results  obtained  recently  have  been  presented  and  the way  of  application  to  the fatigue  test pro- gramrn  for  the  performed  tests  have  been  discussed. Praca  wpł ynę ł a  do  Redakcji  dnia  19  marca  1986  roku.