Инновационный метод активного термоакустического обследования композитных конструкций воздушных судов

В статье рассматривается инновационный метод активного термоакустического обследования (АТАО) композитных конструкций воздушных судов, направленный на повышение надежности и долговечности материалов. Современные авиационные конструкции все чаще используют композиты, такие как углепластики, обладающие высокой прочностью при малом весе. Однако эксплуатация этих материалов сопряжена с риском возникновения внутренних дефектов – микротрещин, расслоений и пустот, которые сложно выявить традиционными методами. Разработанный метод АТАО включает в себя комплексную систему мониторинга состояния конструкций на основе термоакустического воздействия. Принцип работы заключается в локальном нагреве и акустическом возбуждении материала, что позволяет диагностировать наличие и развитие дефектов в режиме реального времени. Методология построена на математических моделях теплообмена, акустических волн и механических колебаний, описывающих распространение энергии в структуре материала. Представленная методика включает девять ключевых этапов, начиная с подготовки системы контроля, сбора данных и анализа дефектов и заканчивая устранением повреждений и прогнозированием остаточного ресурса конструкции. Применение АТАО позволяет значительно сократить затраты на техническое обслуживание, снизить вероятность аварийных ситуаций, продлить срок службы элементов воздушного судна. Полученные результаты демонстрируют высокую эффективность метода в авиационной отрасли и его потенциал для внедрения в серийное производство.

1. Давыдов И.А. Повышение достоверности визуального контроля поврежденных элементов конструкции воздушных судов, выполненных из композиционных материалов // Научный вестник МГТУ ГА. 2022. Т. 25, № 4. С. 44–55. DOI: 10.26467/2079-0619-2022-25-4-44-55

2. Давыдов И.А. Математическая модель процесса диагностирования дефектов элементов конструкции воздушных судов, выполненных из композиционных материалов // Научный вестник МГТУ ГА. 2024. Т. 27, № 5. С. 24–33. DOI: 10.26467/2079-0619-2024-27-5-24-33

3. Давыдов И.А., Богоявленский А.А. Обоснование влияния зеркальности и цвета на выявление дефектов при визуальном контроле композитных конструкций воздушных судов // Научный вестник ГосНИИ ГА. 2024. № 47. С. 84–92.

4. Палкин В.А., Солонин В.И., Скибин В.А. Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний в обеспечение создания перспективных авиационных двигателей (аналитический обзор) / Под ред. В.А. Скибина, В.И. Солонина. М.: ЦИАМ, 2010. 678 с.

5. Norris G. HondaJet engine wins certification // Aviation Week & Space Technology. 2013. Vol. 175. P. 50.

6. Jansson N.E. Тesting and analysis of a highly loaded composite flange / N.E. Jansson, A. Lutz, M. Wolfahrt, A. Sjunnesson [Электронный ресурс] // 13th European Conference on Composite Materials (ECCM13). Sweden, Stockholm, 2008. URL: http://extra.ivf.seleccm13-programme/abstracts/2620.pdf (дата обращения: 21.12.2024).

7. Koff B.L. Gas turbine technology evolution: a designer's perspective // Journal of Propulsion and Power. 2004. Vol. 20, no. 4. Pp. 577–595. DOI: 10.2514/1.4361

8. Stilin N.D. Structural composite fan exit guide vane for a turbomachine. Patent US no. 2013/0052004 A1: опубл. 28.02.2013. 7 p.

9. Раскутин А.Е. Российские полимерные композиционные материалы нового поколения, их освоение и внедрение в перспективных разрабатываемых конструкциях // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 349–367. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-349-367

10. Раскутин А.Е. Термостойкие углепластики для конструкций авиационной техники, эксплуатирующихся при температурах до 400 °С: дис. … канд. техн. наук. М., 2007. 166 с.

11. Семин М.И., Стреляев Д.В. Расчеты соединений элементов конструкций из КМ на прочность и долговечность. М.: ЛАТМЭС, 1996. 103 с.

12. Старцев В.О. Климатическая стойкость полимерных композиционных материалов и защитных покрытий в умеренно теплом климате: дис. … докт. техн. наук. М.: ВИАМ, 2018. 308 с.

13. Старцев О.В., Сортыяков Е.Д., Исупов В.В. и др. Акустическая спектроскопия полимерных композитных материалов, экспонированных в открытом космосе // Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных сред: труды Всероссийской научно-технической конференции. Барнаул, 12–14 сентября 1996 г. Барнаул: Изд-во АГУ, 1997. С. 32–39.

14. Старцев В.О., Лебедев М.П., Фролов А.С. Измерение показателей рельефа поверхности при изучении старения и коррозии материалов. 1. Российские и зарубежные стандарты // Все материалы. Энциклопедический справочник, 2018. № 6. С. 32–38.

15. Тарнапольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. 3-е изд. М.: Химия, 1981. 272 с.

16. Abdallah E.A. Experimental analysis of damage creation and permanent indentation on highly oriented plates / E.A. Abdallah, C. Bouvet, S. Rivallant, B. Broll, J. Barrau // Composites Science and Technology. 2009. Vol. 69, iss. 7-8. Pp. 1238–1245. DOI: 10.1016/j.compscitech.2009.02.029

17. Davies 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-Y

18. Kingdom F.A. Perceiving light versus material // Vision research. 2008. Vol. 48, iss. 20. Pp. 2090–2105. DOI: 10.1016/j.visres.2008.03.020

19. Mitrevski T. Low-velocity impacts on preloaded GFRP specimens with various impactor shapes / T. Mitrevski, I.H. Marshall, R.S. Thomson, R. Jones // Composite Structures. Vol. 76, iss. 3. Pp. 209–217. DOI: 10.1016/j.compstruct.2006.06.033

20. Psymouli 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. 89–106.