Почему мокрое крыло В-52 было более подвержено усталости, чем сухое крыло, а не меньше?

После нескольких лет перевозки всего топлива в фюзеляже B-52 перешел на мокрое крыло (где конструкция крыла используется как один или несколько топливных баков) с B-52G.

Это вызвало серьезные проблемы с усталостью металла в конструкции крыла (мокрое крыло увеличило структурные напряжения примерно на 60% по сравнению с сухим крылом AF, согласно Википедии ), что уже было проблемой из-за повышенных аэродинамических напряжений, связанных с недавним переключением. от высотного к маловысотному профилю ядерной миссии (профиль высотной миссии стал нежизнеспособным из-за достижений в советской технологии ЗРК).

Тем не менее, хранение топлива в крыльях самолета обычно снижает нагрузку на конструкцию крыла (за счет переноса как можно большей части веса самолета на ту часть самолета, которая создает львиную долю его подъемной силы), уменьшая утомляемость и увеличивая усталостная долговечность самолета. Что отличало B-52 в этом отношении?

Вы делаете два ложных предположения относительно замены B-52 на мокрое крыло. 1) Ранние B-52 не перевозили ВСЁ топливо в фюзеляже. 2) Не мокрая конструкция крыла привела к усталостным трещинам. Проблемы вызвал переход на более легкую конструкцию крыла из алюминиевого сплава.
Как правило, полетные нагрузки изгибают крыло вверх, а нагрузки на землю изгибают крыло вниз. Когда вы добавляете топливо в крыло, оно лучше сопротивляется восходящим нагрузкам в полете, но намного больше увеличивает изгиб вниз на земле. Усталостное повреждение вызвано циклической нагрузкой, поэтому обшивка крыла, испытывающая сильное сжатие на земле и умеренное растяжение в полете, может иметь большую усталость, чем обшивка, испытывающая легкое сжатие на земле и сильное растяжение в полете. Однако ответ @MikeSowsun создан в отношении B-52.

Ответы (2)

Раньше B-52 не перевозили все топливо в фюзеляже. Они также перевозили топливо в крыльях, используя резиновые крыльевые баки баллонного типа.

Новое «мокрое крыло» B52G было мерой по снижению веса, которая также увеличила запас топлива по сравнению с баками баллонного типа в крыле. Усталость металла нового крыла была вызвана плохой конструктивной конструкцией, которая должна была снизить вес.

http://www.joebaugher.com/usaf_bombers/b52_15.html

B-52G имел более легкую конструкцию, чем предыдущие версии, в целях экономии веса, но у него было больше топлива. Это означало, что проблемы усталости, возникающие в результате изгиба конструкции, вызванного нагрузками при полете на малых высотах и ​​дозаправке в воздухе, проявлялись раньше в жизненном цикле планера. Особенно это касалось области конструкции крыла, где большая часть снижения веса была достигнута за счет использования алюминиевого сплава. Усталостные трещины стали настолько серьезными, что пришлось ввести строгие ограничения на полеты в ожидании модификаций. В мае 1961 года была утверждена программа, в которой крылья были модифицированы и усилены в рамках штатного расписания Ирана для самолетов парка В-52. Проект был окончательно завершен в сентябре 1964 года.

Топливная карта ранних B-52B, C, D с несколькими крыльевыми баками.введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

Снижение утомляемости не является свойством, которое автоматически присваивается самолету введением мокрого крыла, это продукт продуманной конструкции. Обычно решение об использовании мокрого крыла принимается при первоначальном проектировании самолета, и соответственно строится несущая конструкция крыла, чтобы оно могло воспринимать динамические нагрузки, возникающие при дозаправке (в случае военного самолета - возможно, в -дозаправка в воздухе) и при расходовании топлива из баков. Первоначальный проект В-52 (изначально сухокрылого), очевидно, не предусматривал таких нагрузок на конструкцию крыла (дополнительные внутренние крыльевые баки несли 17 тонн топлива!).

При модификации крыла на мокрое крыло следовало усилить, чтобы противодействовать дополнительной нагрузке. Вместо этого приоритет отдавался дальности полета бомбардировщика: модели G и H были легче предыдущих моделей, в основном за счет широкого использования алюминиевых и титановых деталей, в частности - в конструкции крыла; при этом они несли гораздо больше топлива. Используемые сплавы были менее устойчивы к усталости, чем те, которые использовались в предыдущих моделях. Испытания, проведенные в 1960 году компаниями Boeing и Air Force, подтвердили, что в сочетании с дополнительными нагрузками, вызванными изменением использования (т. е. полеты на малой высоте и эксплуатация крыльевых баков), это значительно сократило срок службы самолета. Этот результат был болезненно очевиден после того, как B-52G разбился недалеко от Гейнсборо в январе 1961 года. Это привело к тому, что в мае 1961 года штаб ВВС одобрил новую программу модификации. Он также установил более прочные стальные конические замки вместо существующих титановых застежек; он добавил кронштейны и зажимы к обшивке крыла, добавил элементы жесткости панели крыла и внес не менее дюжины других изменений. Наконец, на внутреннюю конструкцию встроенных топливных баков крыла было нанесено новое защитное покрытие». Он также установил более прочные стальные конические замки вместо существующих титановых застежек; он добавил кронштейны и зажимы к обшивке крыла, добавил элементы жесткости панели крыла и внес не менее дюжины других изменений. Наконец, на внутреннюю конструкцию встроенных топливных баков крыла было нанесено новое защитное покрытие».Энциклопедия самолетов и ракетных систем ВВС США: бомбардировщики после Второй мировой войны, 1945–1973, том 2 ).

Но вопрос, а зачем дополнительная нагрузка? Если топливо находится в фюзеляже, вес приходится передавать на крылья через основной лонжерон, создавая на нем изгибающий момент. Когда топливо перемещается в крылья, оно находится в месте, где создается подъемная сила, поэтому передается меньшее усилие и меньший изгибающий момент. Значит… должно быть что-то еще…
@JanHudec Я изменил ответ, добавив дополнительную информацию об модификации конструкции крыла. Кроме того - вес топлива все равно влияет на внутреннюю конструкцию крыла, даже если изгибающий момент компенсируется подъемной силой; крыло не является цельным твердым телом, и силы, действующие на него изнутри и снаружи, вызывают напряжения во внутренней конструкции, даже если они в значительной степени компенсируют друг друга.
Кроме того, стресс вызывается не самой нагрузкой, а циклами нагрузки, не так ли? Таким образом, если бы они сделали его немного легче, поскольку величина напряжения была ниже, они могли бы легко сделать его более восприимчивым к усталости по ошибке.
Крыло B-52G не было модифицированным «сухим» крылом. Это была совершенно новая конструкция крыла, которая, наряду с другими изменениями, перешла от баллонных топливных баков к мокрым бакам крыла.