cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2022-25-4-44-55caht-2042Research ArticleТРАНСПОРТTRANSPORTПовышение достоверности визуального контроля поврежденных элементов конструкции воздушных судов, выполненных из композиционных материаловImproving the reliability of a visual inspection of damaged aircraft structural components made of composite materialsДавыдовИ. А.DavydovI. A.

Искандар Ахтамович Давыдов, ассистент

кафедра авиационной техники и диагностики

Санкт-Петербург

Iskandar A. Davydov, Assistant

Aviation Engineering and Diagnostics Chair

Saint Petersburg

iskander_bek@mail.ruСанкт-Петербургский государственный университет гражданской авиацииРоссияSaint Petersburg State University of Civil AviationRussian Federation2022060920222544455Copyright © Давыдов И.А., 20222022Давыдов И.А.Davydov I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2042

   Подготовленная автором статья представляет собой исследование влияния цвета, отделки поверхности и формы вмятин на надежность визуального контроля 3D-вмятин на поверхности, которые образуются при повреждении эпоксидных композиционных материалов, армированных углеродным волокном, вследствие ударов. В данной статье представлен анализ влияния цвета поверхности элементов конструкции воздушных судов, выполненных из композиционных материалов, на надежность визуального контроля. Приведены результаты испытаний. Используя эти значения, можно определить профили сечения поверхностных дефектов, вызванных ударами с энергией в пределах диапазона от 5 до 80 Дж. В новых конструкциях воздушных судов, которые введены в эксплуатацию на сегодняшний день, содержится 50 % и более от массы планера композиционных материалов, а также используются монолитные композиционные панели из углепластика для обшивки фюзеляжа. Композит из углепластика особенно чувствителен к снижению прочности на сжатие после удара, а окружающая среда, в которой эксплуатируются воздушные суда, характеризуется наличием множества источников ударных повреждений. Примеры внешнего вида поверхности реальных композиционных конструкций самолета при ударе являются конфиденциальной информацией. В доступной литературе, касающейся повреждения композиционных материалов от ударов, основное внимание уделено испытаниям на удар с использованием полусферических ударных элементов, обычно диаметрами Ø 15, 20 или 25 мм, информация по испытаниям образцов большего размера не представлена. Нет опубликованных исследований повреждений от ударов для монолитных, полностью готовых композиционных материалов из углепластика.

   The given article represents the study of the influence of color, surface finish and shape of dents on the reliability of 3D surface dents visual inspection, which are formed due to damage to epoxy composite materials reinforced with carbon fiber resulted from impacts. This article provides an analysis of the influence of surface color of aircraft structural components made of composite materials on the reliability of a visual inspection. The test results are given. Using these values, it is possible to determine the cross-section profiles of surface defects caused by impacts with energy within the range from 5 J to 80 J. The new designs of aircraft, which have been put into service thus far, feature 50 % and more composite materials of the airframe mass and use monolithic carbon fiber composite panels for the fuselage skin. Carbon fiber composite is particularly sensitive to the post-impact compressive strength reduction, and the operating aircraft environment is characterized by an array of sources of impact damages. Samples of the surface appearance of real composite structures of the aircraft on impact is the confidential information. Currently available literature concerning impact damage to composite materials, focuses on impact testing using hemispherical impact elements of typical diameters Ø 15mm, Ø 20 mm or Ø 25 mm. Testing information regarding larger diameter samples is not provided. There is no published research into impact damages to monolithic, fully finished carbon fiber composites.

композиционные материалыавиациявизуальный контрольэксплуатация воздушного транспортатехническое обслуживаниеcomposite materialsaviationvisual inspectionair transport operationmaintenanceReferencesАмелина Е. В. О нелинейном деформировании углепластиков: эксперимент, модель, расчет / Е. В. Амелина [и др.] // Вычислительные технологии. – 2015. – Т. 20, № 5. – С. 27–52.Amelina, E. V., Golushko, S. K., Yerasov, V. S., Idimeshev, S. V., Nemirovsky, Yu. V., Semisalov, B. V., Yurchenko, A. V. & Yakovlev, N. O. (2015). Nonlinear deformation of carbon fiber reinforced plastics: experiment, model, and simulation. Computing technologies, vol. 20, no. 5, pp. 27–52. (in Russian)Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов / В. В. Васильев. – М.: Машиностроение, 1988. – 264 с.Vasiliev, V. V. (1988). [Mechanics of structures made of composite materials]. Moscow: Mashinostroyeniye, 264 p. (in Russian)Иванов Д. А. Композиционные материалы в современной авиации, использование и контроль за их состоянием в эксплуатации / Д. А. Иванов [и др.] // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации. – 2019. – № 4 (25). – С. 108–121.Ivanov, D. A., Petrova, T. V., Davydov, I. A. & Davydov, I. (2019). Composite materials in modern aviation, the use and control of their condition in operation. Vestnik Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo universiteta grazhdanskoy aviatsii, no. 4 (25), pp. 108–121. (in Russian)Давыдов И. А. Анализ надежности визуального осмотра композиционных конструкций самолетов и пошаговая его реализация / И. А. Давыдов [и др.] // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации. – 2020. – № 4 (29). – С. 121–136.Davydov, I. A., Ivanov, D. A., Petrova, T. V., Davydov, I. & Gamzaev, V. R. (2020). Analysis of maintenance of composite materials on the Boeing-787 aircraft (dreamliner), introduction of the concept “quick repair of the composite (QCR)” and step-by-step implementation of it. Vestnik Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo universiteta grazhdanskoy aviatsii, no. 4 (29), pp. 121–136. (in Russian)Каблов Е. Н. Разработки ФГУП «ВИАМ» в области расплавных связующих для полимерных композиционных материалов / Е. Н. Каблов [и др.] // Полимерные материалы и технологии. – 2016. – Т. 2, № 2. – С. 37–42.Kablov, E. N., Chursova, L. V., Babin, A. N., Mukhametov, R. R. & Panina, N. N. (2016). FSUE “VIAM” solvent-free binders for polymer composite materials. Polimernyye Materialy i Tekhnologii, vol. 2, no. 2, pp. 37–42. (in Russian)Каблов Е. Н. Материалы нового поколения – основа инноваций, технологического лидерства и национальной безопасности России / Е. Н. Каблов // Интеллект и технологии. – 2016. – № 2 (14). – С. 16–21.Kablov, E. N. (2016). [New generation materials are the basis of innovation, technological leadership and national security of Russia]. Intellekt i tekhnologii, no. 2 (14), pp. 16–21. (in Russian)Молчанов Б. И. Свойства углепластиков и области их применения / Б. И. Молчанов, М. М. Гудимов // Авиационная промышленность. – 1997. – № 3–4. – С. 22–26.Molchanov, B. I. & Gudimov, M. M. (1997). [Properties of carbon fiber plastics and their applications]. Aviatsionnaya promyshlennost, no. 3–4, pp. 22–26. (in Russian)Низина Т. А. Моделирование влияния актинометрических параметров на изменение декоративных характеристик эпоксидных композитов, экспонирующихся в натурных условиях / Т. А. Низина [и др.] // Региональная архитектура и строительство. – 2015. – № 2 (23). – С. 27–36.Nizina, T. A., Selyaev, V. P., Zinin, D. R. & Chernov, A. N. (2015). [Influence modeling of actinometric parameters on the change of decorative characteristics of epoxy composites exposed in natural conditions]. Regional Architecture and Engineering, no. 2 (23), pp. 27–36. (in Russian)Раскутин А. Е. Российские полимерные композиционные материалы нового поколения, их освоение и внедрение в перспективных разрабатываемых конструкциях / А. Е. Раскутин // Авиационные материалы и технологии. – 2017. – № S. – С. 349–367. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-349-367Raskutin, A. E. (2017). Russian polymer composite materials of new generation, their exploitation and implementation in advanced developed constructions. Aviacionnye materialy and tehnologii, no. S, pp. 349–367. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-349-367 (in Russian)Раскутин А. Е. Термостойкие углепластики для конструкций авиационной техники, эксплуатирующихся при температурах до 400 °С: дис. … канд. техн. наук / А. Е. Раскутин. – М., 2007. – 166 с.Raskutin, A. E. (2007). [Heat-resistant carbon fiber plastics for aircraft structures operating at temperatures up to 400 °C: Cand. of Tech. Sc. Thesis]. Moscow, 166 p. (in Russian)Семин М. И. Расчеты соединений элементов конструкций из композиционных материалов на прочность и долговечность / М. И. Семин, Д. В. Стреляев. – М.: ЛАТМЭС, 1996. – 294 с.Semin, M. I. & Strelyaev, D. V. (1996). [Strength and durability calculations of structural elements joints made of composite materials]. Moscow: LATMES, 294 p. (in Russian)Старцев В. О. Климатическая стойкость полимерных композиционных материалов и защитных покрытий в умеренно теплом климате: дис. … докт. техн. наук / В. О. Старцев. – М.: ВИАМ, 2018. – 308 с.Startsev, V. O. (2018). [Climatic resistance of polymer composite materials and protective coatings in a moderately warm climate: D. Tech. Sc. Thesis]. Moscow: VIAM, 308 p. (in Russian)Старцев О. В. Акустическая спектроскопия полимерных композитных материалов, экспонированных в открытом космосе / О. В. Старцев [и др.] // Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных сред: сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции. Барнаул, 12–14 сентября 1996 г. – Барнаул: Изд-во АГУ, 1997. – С. 32–39.Startsev, O. V., Sortyyakov, Ye. D., Isupov, V. V., Nasonov, A. D., Skurydin, Yu. G., Kovalenko, A. A. & Nikishin, Ye. F. (1997). [Acoustic spectroscopy of polymer composite materials exposed in open space]. Eksperimentalnyye metody v fizike strukturno-neodnorodnykh sred: sbornik trudov Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii. Barnaul: Izdatelstvo AGU, pp. 32–39. (in Russian)Старцев В. О. Измерение показателей рельефа поверхности при изучении старения и коррозии материалов. 1. Российские и зарубежные стандарты / В. О. Старцев, М. П. Лебедев, А. С. Фролов // Все материалы : Энциклопедический справочник. – 2018. – № 6. – С. 32–38.Startsev, V. O., Lebedev, M. P. & Frolov, A. S. (2018). Measurement of surface relief indicators in the study of aging and corrosion of materials. 1. Russian and foreign standards. All materials. Encyclopaedic reference manual, no. 6, pp. 32–38. (in Russian)Тарнапольский Ю. М. Методы статических испытаний армированных пластиков / Ю. М. Тарнапольский, Т. Я. Кинцис. – 3-е изд., доп. и перераб. – М.: Химия, 1981. – 272 с.Tarnopolsky, Yu. M. & Kintsis, T. Ya. (1981). [Methods of static testing of reinforced plastics]. 3rd ed., dop. i perer. Moscow: Khimiya, 272 p. (in Russian)Abdallah E. A. Experimental analysis of damage creation and permanent indentation on highly oriented plates / E. A. Abdallah, C. Bouvet, S. Rivallant, B. Broll, and J. Barrau // Composites Science and Technology. 2009. Vol. 69, iss. 7–8. Pp. 1238–1245. DOI: 10.1016/j.compscitech.2009.02.029Abdallah, E. A., Bouvet, C., Rivallant, S., Broll, B. & Barrau, J. (2009). Experimental analysis of damage creation and permanent indentation on highly oriented plates. Composites Science and Technology, vol. 69, issue 7–8, pp. 1238–1245. DOI: 10.1016/j.compscitech.2009.02.029Davies G. A. O., Zhang X. Impact damage prediction in carbon composite structures // International Journal of Impact Engineering. 1995. Vol. 16, iss. 1. Pp. 149–170. DOI: 10.1016/0734-743X(94)00039-YDavies, G. A. O. & Zhang, X. (1995). Impact damage prediction in carbon composite structures. International Journal of Impact Engineering, vol. 16, issue 1, pp. 149–170. DOI: 10.1016/0734-743X(94)00039-YKingdom F. A. A. Perceiving light versus material // Vision research. 2008. Vol. 48, iss. 20. Pp. 2090–2105. DOI: 10.1016/j.visres.2008.03.020Kingdom, F. A. A. (2008). Perceiving light versus material. Vision research, vol. 48, issue 20, pp. 2090–2105. DOI: 10.1016/j.visres.2008.03.020Mitrevski T. Low-velocity impacts on preloaded GFRP specimens with various impactor shapes / T. Mitrevski, I. H. Marshall, R. S. Thomson, R. Jones // Composite Structures. 2006. Vol. 76, iss. 3. Pp. 209–217. DOI: 10.1016/j.compstruct.2006.06.033Mitrevski, T., Marshall, I. H., Thomson, R. S. & Jones, R. (2006). Low-velocity impacts on preloaded GFRP specimens with various impactor shapes. Composite Structures, vol. 76, issue 3, pp. 209–217. DOI: 10.1016/j.compstruct.2006.06.033Psymouli A., Harris D., Irving P. The Inspection of composite aircraft structures: a signal detection approach // Human Factors and Aerospace Safety. 2005. Vol. 5, no. 2. Pp. 91–108.Psymouli, A., Harris, D. & Irving, P. (2005). The inspection of composite aircraft structures: a signal detection approach. Human Factors and Aerospace Safety, vol. 5, no. 2, pp. 91–108.Валуева М. И. Мировой рынок высокотемпературных полиимидных углепластиков (обзор) / М. И. Валуева [и др.] [Электронный ресурс] // Труды ВИАМ. – 2019. – № 12 (84). – С. 67–79. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-12-67-79 (дата обращения: 25. 03. 2022).Valueva, M. I., Zelenina, I. V., Zharinov, M. A. & Akhmadieva, K. R. (2019). World market of high temperature polyimide carbon plastic (review). Proceedings of VIAM, no. 12 (84), pp. 67–79. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-12-67-79 (accessed: 25. 03. 2022).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.