Разработка системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций на основе волоконно-оптической измерительной технологии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.15, кандидат наук Хабаров Станислав Сергеевич

• Хабаров Станислав Сергеевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Хабаров Станислав Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

1.1. Обзор методов измерения напряженно-деформированного состояния конструкции

1.2. Обзор методов обнаружения дефектов в конструкциях летательного аппарата

1.3. Анализ требований к метрологическому обеспечению системы непрерывного мониторинга высоконагруженных конструкций летательного аппарата

1.4. Выводы по Главе

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СОВМЕСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДЕФОРМАЦИИ И ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ АКУСТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

2.1. Разработка конечно-элементной модели конструкции

2.2. Расчет повреждаемости и остаточного ресурса конструкции

2.3. Выводы по Главе

ГЛАВА 3. МНОГОФАКТОРНОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Стр.

3.1. Математическая модель измерения деформации и температуры с помощью волоконно-оптического датчика деформации

3.2. Уточнение модели измерения деформации и температуры с учетом ползучести клея

3.3. Оценка адекватности модели компенсации температурной ползучести волоконно-оптического датчика деформации

3.4. Математическая модель регистрации ударного воздействия с помощью волоконно-оптического датчика акустической эмиссии

3.4.1. Определение местоположения ударного воздействия

3.4.2. Определение энергии ударного воздействия

3.5. Оценка адекватности математической модели регистрации ударного воздействия с помощью волоконно-оптического датчика акустической эмиссии

3.6. Выводы по Главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

4.1. Разработка системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций

4.1.1. Разработка схемы опроса с волоконно-оптических датчиков деформации

4.1.2. Разработка схемы опроса данных с волоконно-оптических датчиков акустической эмиссии

4.1.3. Разработка блок-регистраторов измерительной информации

4.2. Оценка метрологических характеристик разработанной системы

Стр.

4.2.1. Оценка метрологических характеристик по каналу измерения деформации

4.2.2. Оценка метрологических характеристик по каналу регистрации ударных воздействий

4.3. Выводы по Главе

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

5.1. Экспериментальные исследования по каналу измерения деформации

5.1.1. Экспериментальные исследования на балке равной деформации

5.1.2. Экспериментальные исследования при летных испытаниях вертолета типа Ми

5.2. Экспериментальные исследования по каналу регистрации ударных воздействий

5.2.1. Проведение ударных воздействий

5.2.2. Проведение статического растяжения

5.2.3. Проведение циклического нагружения

5.3. Разработка методики поверки волоконно-оптического датчика деформации

5.4. Выводы по Главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

АП - автомат перекоса,

АЭ - акустическая эмиссия,

ВБР - волоконная брэгговская решетка,

ВОТД - волоконно-оптический датчик деформации,

ВОДАЭ - волоконно-оптический датчик акустической эмиссии

(волоконно-оптический акустический датчик),

КПО - конструктивно-подобный образец,

КЭМ - конечно-элементная модель,

ЛА - летательный аппарат,

ПКМ - полимерный композиционный материал,

ПО - программное обеспечение,

РЭ - рабочий эталон,

СБИ - система бортовых измерений,

СКО - среднее квадратического отклонение,

СТО - сложный технический объект.

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире технологии диагностики и мониторинга текущего технического состояния сложных технических объектов (СТО) являются основой инновационного развития внутреннего рынка продуктов и услуг, а также устойчивого положения России на внешнем рынке, так как они позволяют противодействовать техногенным источникам опасности.

Кроме того, создание перспективных видов техники, например, летательных аппаратов, в том числе военного назначения, неминуемо сопровождается применением новых материалов для возможности использования техники в экстремальных условиях с целью достижения конкурентных летно-технических характеристик (скорость, вес, дальность полета и др.). Это в свою очередь порождает необходимость разработки новых методов и средств измерения технических параметров состояния конструкций с целью обеспечения безопасной эксплуатации, что является одной из задач в рамках распоряжения Правительства Российской Федерации от 19 апреля 2017 года N 737-р «О стратегии обеспечения единства измерений в Российской Федерации до 2025 года».

Согласно [1] базовым инструментом обеспечения условий безопасной эксплуатации СТО является диагностика текущих параметров состояния материала и определение характеристик напряжённо-деформированного состояния (НДС). При этом, техническое состояние СТО может быть описано как трехмерная функция (поверхность), зависящая от показателей эксплуатационной нагруженности (усилие, деформация, напряжение), температурно-временных и циклических параметров эксплуатации, а также параметров дефектов в конструкции (размеры дефектов и скорость их роста) [2].

Задача обеспечения безопасной эксплуатации летательного аппарата, как одного из видов СТО, по условиям усталостной долговечности его конструкций является весьма сложной проблемой из-за большого

разнообразия условий, в которых происходит эксплуатация авиационной техники, и широкого спектра возникающих при этом нагрузок.

Уровень переменных нагрузок и вызываемых ими напряжений и деформаций в элементах конструкции вертолета нестабилен и меняется в зависимости от изменения режима полета по воле летчика или при случайных воздействиях, таких как атмосферная турбулентность, порывы ветра и др. Кроме того, эти нагрузки могут быть различными для вертолетов одного и того же типа из-за технологических отклонений в размерах деталей в процессе их изготовления, дефектов сборки, степени износа деталей в ходе длительной эксплуатации вертолета. Помимо этого, при оценке усталостной долговечности и определении безопасного ресурса важное значение имеет разброс характеристик выносливости конструкции.

Для компенсации возможного разброса и неточности исходных данных (нагрузок) используются коэффициенты надежности, обеспечивающие чрезвычайно малую вероятность появления усталостных трещин в силовых элементах конструкции при эксплуатации вертолета в пределах установленного назначенного ресурса [3].

Контроль фактических нагрузок/напряжений/деформаций,

действующих на агрегат конкретного вертолета в конкретный момент времени, позволит снизить применяемые коэффициенты надежности при определении расчетного (назначенного) ресурса этого агрегата, а также уточнить остаточный ресурс конструкции в ходе эксплуатации. В этом случае необходимо оснащение вертолета надежной системой измерения и записи нагрузок/деформаций на накопитель в процессе всего полета, способной выполнять свои функции на протяжении межремонтного срока службы и ресурса агрегата.

Для оценки живучести конструкций летательного аппарата, подверженных эксплуатационным повреждениям от ударных воздействий (например, планер и фюзеляж), и в случаях, когда коэффициентами надежности невозможно обеспечить чрезвычайно малую вероятность

появления усталостных повреждений, помимо контроля фактических нагрузок необходимо своевременное обнаружение и непрерывный контроль за ростом усталостных и эксплуатационных повреждений.

Актуальность темы научного исследования для метрологии и измерительной техники обусловлена необходимостью совершенствования научно-методических основ при создании и внедрении новых технических решений по разработке штатной системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций сложных технических объектов, в том числе летательных аппаратов.

Целью работы являлась разработка научно-методических подходов к метрологическому обеспечению системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций и создание технических средств контроля и диагностики состояния летательного аппарата на основе применения волоконно-оптической измерительной технологии.

Для достижения установленной цели в диссертации были поставлены следующие задачи:

1. Обзор существующих методов контроля технического состояния высоконагруженных конструкций сложных технических объектов и анализ требований к метрологическому обеспечению системы непрерывного мониторинга высоконагруженных конструкций летательного аппарата.

2. Разработка методики совместного применения волоконно-оптических датчиков деформации и волоконно-оптических акустических датчиков для мониторинга технического состояния конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ).

3. Многофакторное математическое моделирование системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций с оценкой адекватности разработанных математических моделей.

4. Разработка системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций с использованием волоконно-оптических датчиков деформации и волоконно-оптических акустических датчиков и оценка её метрологических характеристик.

5. Экспериментальные исследования системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций с использованием волоконно-оптических датчиков деформации и волоконно-оптических акустических датчиков.

Методы исследования

При проведении исследований был использован математический аппарат прикладной метрологии в сочетании с методами цифровой обработки акустических сигналов, сопротивления материалов, математического и конечно-элементного моделирования.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и в производственных условиях организаций ООО НИЦ «ИРТ», филиала ПАО «Компания «Сухой» «ОКБ Сухого» и АО «НЦВ Миль и Камов». При обработке результатов экспериментальных исследований использовались методы спектрального анализа и методы теории обработки результатов многократных измерений, отвечающие требованиям нормативов прикладной метрологии.

Научная новизна результатов заключается в следующем:

1. Впервые разработан научно-методический подход к метрологическому обеспечению системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций летательного аппарата.

2. Впервые разработана методика совместного применения волоконно-оптических датчиков деформации и волоконно-оптических акустических датчиков для контроля и диагностики технического состояния конструкций из ПКМ.

3. Предложена многофакторная математическая модель, учитывающая влияние внешних воздействующих факторов (температура) на волоконно-оптический датчик деформации, с целью повышения точности измерения.

4. Впервые предложен подход к измерению параметров деформации с выделением временных участков, соответствующие интервалам температур с характерными для них значениями параметров функции ползучести.

Достоверность результатов основывается на использовании аттестованных и поверенных средств измерения при проведении лабораторных и стендовых испытаний, и обеспечивается согласованием результатов экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов и математического моделирования, верификацией и идентификацией применяемых математических моделей.

Практическая значимость работы:

На базе полученных результатов в рамках диссертации разработана методика непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций из ПКМ летательного аппарата, на основе применения волоконно-оптической измерительной технологии, что подтверждается актом № 15/19 от 25 сентября 2019 г. Использование системы мониторинга, основанной на данной технологии, позволит непрерывно получать объективную информацию о техническом состоянии высоконагруженных конструкций и своевременно обнаруживать эксплуатационные повреждения, что даст возможность уменьшить время проведения неразрушающего контроля конструкций из ПКМ более чем в 10 раз.

Результаты научного исследования в рамках диссертации использовались при разработке бортовой системы контроля технического состояния силовых элементов и конструкций вертолета Ка-52, которая позволяет прогнозировать возможность увеличения ресурса агрегатов вертолета, что подтверждается актом от 29 сентября 2020 г.

Результаты диссертации легли в основу методики поверки волоконно-оптических датчиков деформации, которые внесены в государственный реестр средств измерения (сертификат RU.C27.010A №58645).

Результаты диссертации поддержаны в рамках следующих проектов, в которых автор являлся непосредственным исполнителем:

1. Проект, шифр «Хрусталь» по договору № 5/044/2015-2017 от 28 июля 2015 г. между ФПИ и ООО НИЦ «ИРТ» по теме «Разработка комплексной системы раннего обнаружения повреждений критических элементов конструкций перспективной военной техники».

2. НИР, шифр «Невод-2», ГК № 1618187240102452466001574 от 16 сентября 2016 г. между Минобороны России и ООО НИЦ «ИРТ» по теме «Исследования по созданию активной системы встроенной диагностики и самозалечивания повреждений гибридных конструкций военной техники на основе комплексного применения акустических волоконно-оптических датчиков».

3. Прикладные научные исследования и экспериментальные разработки по теме «Разработка системы регистрации срывных явлений на лопастях несущего винта вертолета в процессе полета и контроля технического состояния автомата перекоса» в рамках Соглашения с Минобрнауки России о предоставлении субсидии от 26 сентября 2017 г. №14

4. СЧ ОКР, шифр «Авангард-4/БСК-52», по контракту № 1922187320321452208002620/1-Ка от 2 февраля 2020 г. между АО «Камов» и ООО НИЦ «ИРТ» по теме «Разработка бортовой системы контроля технического состояния силовых элементов и конструкций вертолета».

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций на основе волоконно-оптической измерительной технологии»

Апробация работы

Вошедшие в диссертацию результаты докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях:

- II Всероссийская научно-техническая конференция «Приоритетные направления и актуальные проблемы развития средств технического

обслуживания летательных аппаратов» (13-14 марта 2018 года, г. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА»);

- IV Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы эксплуатации авиационной техники в современных условиях» (28-29 ноября 2018г., г. Люберцы, МО);

- Международный военно-технический форум «Армия-2018», 21 - 26.08.2018 г. п. Нахабино (МО);

- 11-я и 12-я международная выставка вертолетной индустрии HeliRussia 2018-2019, г. Москва 2018, 2019 г.;

- XII Всероссийская конференция молодых ученых «Будущее машиностроения России», МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, 2019 г.;

- XIV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвящённой 85-летию со дня рождения заслуженного работника ВШ РФ, доктора физико-математических наук, профессора Киселёва М. И., МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, 2020 г.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Научно-методический подход к метрологическому обеспечению непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций летательного аппарата.

2. Методика совместного применения волоконно-оптических датчиков деформации и волоконно-оптических акустических датчиков для контроля и диагностики технического состояния конструкций из ПКМ.

3. Многофакторная математическая модель, учитывающая влияние внешних воздействующих факторов (температура) на волоконно-оптический датчик деформации, для повышения точности измерения.

4. Подход к измерению параметров деформации с выделением временных участков, соответствующие интервалам температур с характерными для них значениями параметров функции ползучести.

Основные результаты диссертации получены автором лично, либо при его определяющем участии. Автором проведен анализ научной

литературы по тематике диссертационной работы, спланированы эксперименты, проведена обработка измерительной информации.

По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых журналах, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus, общим объемом 1,90 п.л., 5 патентах РФ.

Структура работы. Диссертация состоит из списка сокращений и обозначений, введения, 5 глав, общих выводов и заключения по диссертации, списка литературы из 101 наименований, приложения. Содержит 129 страниц машинописного текста, 58 рисунков, 11 таблиц.

14

ГЛАВА 1.

ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

В настоящей главе рассматривается обзор существующих методов контроля технического состояния высоконагруженных конструкций сложных технических объектов и анализ требований к их метрологическому обеспечению.

Существенный вклад в области измерений, контроля, оценки технического состояния и надежности сложных технических систем высоконагруженных конструкций внесли отечественные учёные: Бойцов Б.В., Булатов В.П., Клюев В.В., Мясников Ю.Н., Колесников К.С., Махутов Н.А., Леонтьев А.И., Исаев Л.К., Кустарев А.С., Заславский Л.С., Осташев В.В., Ерофеев В.И., Мишакин В.В., Матвиенко Ю.Г., Федкин В.К., Цапенко М.П., Разумовский И.А., Полилов А.Н., Левин С.Ф., Киселёв М.И. и др.

В настоящее время значительная доля исследований в области повышения безопасности эксплуатации летательных аппаратов (ЛА) связана с применением различных измерительных систем для определения как в полете, так и на земле технических характеристик ЛА.

Системы измерений современных ЛА на примере вертолета включают определение высотно-скоростных параметров на борту вертолета, а также пути повышения помехоустойчивости и точности измерений на малых и околоземных скоростях полета за счет использования данных воздушного потока вихревой колонны несущего винта, принципов комплексообразования и фильтрации. [4]

Значительная доля исследований посвящена построению технологии измерения параметров воздуха на борту вертолета. В работах [5,6] рассмотрены технические характеристики системы измерений по результатам исследования экспериментальных образцов в аэродинамической трубе.

Примеры построения систем измерения скорости и угла направления вектора ветра относительно продольной оси вертолета в режимах стоянки, пуска и взлета-посадки бортовыми средствами. В статьях представлены результаты сравнительных экспериментальных и расчетных исследований акустических характеристик модели несущего винта вертолета, выполненных в модернизированном испытательном участке аэродинамической трубы.

Отдельно следует отметить принципы построения, алгоритмы обработки информации и преимущества бортовой системы измерения параметров вектора ветра на основе ионно-маячкового и аэрометрического измерительных каналов. [7,8,9]

В работе [10] представлены исследования в части анализа и синтеза каналов информационно-управляющей системы для предотвращения критических условий эксплуатации вертолета в полете.

В существующих реалиях наиболее распространенной технологией в области обеспечения безопасности и измерения параметров систем вертолёта является вибродиагностика [11,12,13]. Важно понимать существующие задачи для технического обслуживания и ремонта вертолета. В работе [14] рассмотрено такое понятие, как Единая диагностическая платформа для бортовых и наземных систем, прослеживаемость жизненного цикла вертолетных агрегатов, Единая обзорная диагностика и т.п.

Вибрационные и акустические методы диагностики предполагают широкое использование вероятностных подходов и методик на их основе по определению предельно допустимых значений диагностических признаков, являющихся неотъемлемой частью систем мониторинга, например, как в работе [15].

С учетом существующих подходов по обслуживанию авиационной техники, заключающихся в периодическом визуальном осмотре и неразрушающем контроле элементов конструкций, для снижения риска, влияющего на функцию технического состояния объекта и его безопасность [2], необходимы методы и средства автоматического контроля и

своевременного обнаружения дефектов.

В настоящее время системы измерения, основанные на применении волоконно-оптической технологии, благодаря своим преимуществам над аналогичными электрическими системами измерения, находят все больше применения в промышленности для проведения диагностики технического состояния объектов [16,17,18]. С учетом возможности измерения с помощью волоконно-оптических датчиков параметров деформации и параметров акустической эмиссии [19,20] становится возможным решение задач по своевременному обнаружению эксплуатационных повреждений и контролю фактических нагрузок, действующих на конструкции летательного аппарата.

Следует отметить, что важным этапом развития измерительной техники является переход от отдельных средств измерений и систем контроля к созданию интеллектуальных измерительных комплексов. Первым этапом развития таких систем стали системы мониторинга, следующим измерительные комплексы автоматизированных производственных систем, а современный этап в условиях шестого технологического уклада и развития индустрии 4.0 предъявляет новые требования к созданию интеллектуальных измерительных систем и безлюдных технологий.

В работах [21,22,23,24,25] рассмотрены различные варианты построения измерительных систем мониторинга сложных технических объектов различных отраслей, а также подходы к построению концепции мониторинга многоуровневых систем и использования в их составе беспроводных технологий.

Согласно научным трудам Н.А. Махутова [1,2] техническое состояние (Р) сложных технических объектов может быть описано как трехмерная функция (поверхность), зависящая от показателей эксплуатационной нагруженности (усилие, деформация, напряжение), температурно-временных и циклических параметров эксплуатации, а также параметров дефектов в конструкции (размеры дефектов и скорость их роста), Рисунок 1.1.

Рисунок 1.1. Поверхности предельных и допускаемых состояний

технических объектов

Для обеспечения безопасной эксплуатации ЛА, как одного из видов сложных технических объектов, с целью недопущения достижения предельных состояний, а также в связи с большим разбросом величин действующих на конструкцию нагрузок, на этапе проектирования конструкций и их испытаний назначаются запасы по прочности и живучести. Кроме того, при установлении расчетного безопасного ресурса ЛА используют коэффициенты надежности, которые включают возможный разброс условий нагруженности отдельных групп и/или экземпляров ЛА в связи с особенностями их эксплуатации, географическими условиями, протяженностью трасс и т.п. [26]

Таким образом, контролируя в процессе эксплуатации в режиме реального времени параметры живучести (появление и рост трещин, и других скрытых повреждений) и нагруженности конструкций ЛА, станет возможным уменьшение коэффициентов запаса по соответствующим параметрам, что позволит увеличить назначенный ресурс контролируемых конструкций, тем самым повысить конкурентоспособность ЛА и обеспечить его безопасную эксплуатацию.

При разработке системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций в настоящей работе основное внимание было уделено решению следующих исследовательских задач:

1) обнаружение в процессе полета эксплуатационных дефектов в конструкциях ЛА из ПКМ, возникающих от внешних ударных воздействий;

2) измерение напряженно-деформированного состояния высоконагруженных конструкций ЛА с учетом температурного воздействия на конструкцию.

1.1. Обзор методов измерения напряженно-деформированного состояния конструкции

Для подтверждения рассчитанных при проектировании конструкций ЛА допустимых нагрузок и деформаций в конструкциях, возникающих при эксплуатации, проводится большой комплекс стендовых и летных испытаний образцов конструкций, включающий в себя использование различных методов измерения напряженно-деформированного состояния (НДС). Среди основных методов измерения параметров НДС можно выделить тензометрический метод, поляризационно-оптический метод, рентгенометрию, метод лаковых покрытий и другие.

Метод рентгенометрии основан на свойстве рентгеновских лучей проникать в тело исследуемого объекта и возбуждать излучение вторичных рентгеновских лучей, которые, интерферируя, в одних направлениях усиливают друг друга, а в других - ослабляют. Если пучок лучей, пропущенных через материал, принять на фотопластинку и обработать ее, то можно будет наблюдать зоны, соответствующие максимуму интенсивности излучения, образовавшиеся путем интерференции рентгеновских лучей. Данные зоны на фотопленке являются отражением кристаллической структуры материала в зависимости от расположения атомов. При механическом напряжении кристаллическая решетка испытываемого материала искривляется и, соответственно, меняется интерференционная картина на фотопленке. Метод рентгеноструктурного анализа позволяет

проводить глубокие и обстоятельные исследования деформаций и напряжений на ответственных элементах конструкций. На основе анализа физического принципа работы устройств для проведения рентгенометрии и их характеристик, представленных в книге [27], можно сделать вывод, что данные устройства обладают достаточно большими массо-габаритными показателями, что ограничивает использование метода рентгенометрии в полевых условиях.

В настоящее время широко ведутся научные исследования в области использования рентгеновского излучения для оценки свойств различных материалов [28] и в области повышения надежности и точности измерения физических характеристик с использованием метода рентгенометрии. [29]

Метод лаковых покрытий позволяет наблюдать качественную картину распределения деформаций и напряжений на поверхности испытываемой детали и определить более нагруженные зоны. Поверхность детали покрывают специальным лаком (слой 0,07~0,15 мм), который в отвердевшем состоянии обладает высокой хрупкостью. При испытаниях детали лак поддается деформации и дает трещины в зонах больших нагрузок. Данный метод крайне актуален для деталей, имеющих сложное пространственное расположение и большой градиент полей напряжений на их поверхностях. Для более точного определения деформации и напряжений на детали, а также для изучения в реальном времени процессов перестройки структур, образования и роста дефектов к данному методу добавляют метод акустической эмиссии. [30]

Стоит отметить, что эффективность метода лаковых покрытий напрямую зависит от качества используемого материала и его стойкости к внешним агрессивным средам, что зачастую является проблемой при эксплуатации техники [31]. Кроме того, в связи с тем, что информацию о напряженно-деформационном состоянии конструкции можно получить с помощью лаковых покрытий только визуальным осмотром, данный метод не применим для скрытых труднодоступных мест конструкций.

Поляризационно-оптический метод (метод фотоупругости) наиболее полно разработан для исследования плоского напряженного состояния тела. Он основан на известном из теории упругости принципе, согласно которому в упругой зоне характер распределения напряжений в теле из любого изотропного материала не зависит от его упругих постоянных. Ввиду этого изучение напряженного состояния исследуемого объекта может быть произведено на геометрически подобной модели, изготовленной из изотропного материала (стекло, желатин, пластмасса и др.), который в напряженном состоянии становится оптически анизотропным (двоякопреломляющим). В этом случае, напряженно-деформированное состояние геометрически-подобной детали из, например, стекла, коррелирует с эллипсоидами показателей преломления, которые могут быть измерены специальными измерительными оптическими устройствами. [32,33]

Стоит отметить, что метод фотоупругости применим только при проведении экспериментальных работ для отработки конструктива разработанных изделий, что не подразумевает измерение напряженного-деформированного состояния на реальной конструкции в процессе её эксплуатации.

Тензометрический метод заключается в измерении линейных деформаций с помощью специальных приборов - тензометрических датчиков (механических, электрических, оптических). Общий принцип работы тензометрических датчиков заключается в получении значений упругих деформаций в контролируемых точках нагружения тела и на основании закона Гука определяются соответствующие напряжения. Данный метод применяют как на статических, так и на динамических испытаниях различной техники. [34]

Стоит отметить, что тензометрический метод из всех перечисленных методов определения напряженно-деформированного состояния получил наиболее широкое применение, так как обладает высокой универсальностью и эффективностью применения при относительно низкой стоимости. Кроме

того, данный метод дает возможность его использования на борту ЛА при проведении летных испытаний. [35]

В качестве датчиков для тензометрического метода могут применяться электрические тензорезисторы [36], пьезоэлектрические датчики, емкостные датчики и волоконно-оптические датчики [37]. Последние в свою очередь обретают все большую популярность, так как в качестве чувствительного элемента выступает волоконный световод, который одновременно является и средством передачи измеренной информации [38,93,94,95]. Также они имеют ряд преимуществ над аналогичными электрическими тензодатчиками, среди которых можно отметить высокую чувствительность, долговечность и отсутствие влияния электромагнитных помех на измерение физической величины.

Волоконная брэгговская решетка (ВБР) [93], как один из вариантов чувствительного элемента волоконно-оптического датчика, представляет собой структуру с периодической модуляцией показателя преломления сердцевины волоконного световода (Рисунок 1.2), которая связывает основную моду волоконного световода с модой, имеющей противоположное направление распространения, в результате чего на определенной длине волны ЯБС, задаваемой соотношением Хвс = 2псеу^Л (где Л - период решетки, пе//е - эффективный коэффициент преломления волокна), возникает отражение [39].

Л

Рисунок 1.2. Волоконная брэгговская решетка (ВБР)

Характерные спектры отражения ВБР приведены на Рисунке 1.3. Параметры решеток (спектральная ширина, коэффициент отражения) могут варьироваться в широких пределах, в зависимости от условий записи и

фоточувствительности волоконного световода. Типичная спектральная ширина решетки составляет (0,2 - 1) нм.

Рисунок 1.3. Спектры отражения однородных ВБР с различной длиной и амплитудой модуляции ПП: 5 мм, 3 10-4 - сплошная кривая; 1 мм, 3 103 -

пунктирная кривая

В системах измерения физических величин на основе волоконных брэгговских решеток (ВБР) измеряемым параметром является спектральное смещение резонансной длины волны АЛВС.

Таким образом, фактически, в процессе измерения физических величин датчиками на основе ВБР регистрируется зависимость йЛвс(£,Т). За начальную длину волны ВБР принимают значение Хвс, полученное в волокне без нагрузки и при нормальной температуре. Температурная чувствительность брэгговской решетки составляет около 0,01 нм/°С. На данный момент достигается точность измерения температуры порядка 0,1 °С. Точность измерения деформации брэгговскими решетками составляет порядка 10-6 (1д£). Для измерений параметров с данной точности необходим спектрометр с разрешающей способность 0,001 нм.

1.2. Обзор методов обнаружения дефектов в конструкциях летательного аппарата

В настоящее время при наземном обслуживании летательных аппаратов для обнаружения повреждений в конструкциях применяются визуальный осмотр конструкций и методы обнаружения скрытых повреждений, так называемый неразрушающий контроль. В связи с большим количеством высокоответственных деталей в конструкциях ЛА, зачастую находящихся в труднодоступных местах, к методам неразрушающего контроля предъявляются достаточно высокие требования к надежности обнаружения скрытых дефектов с обеспечением минимально возможной трудоемкости на проведение работ для уменьшения временного простоя техники.

В зависимости от типа конструкции, её физико-механических характеристик и глубины диагностики (минимально обнаруживаемый дефект) применяют различные методы неразрушающего контроля (НК) для обнаружения скрытых дефектов [40], такие как радиационные, магнитные, вихретоковые, электрические, оптические, вибрационные, акустические и другие методы.

Широкое применение методов неразрушающего контроля при эксплуатации авиационной техники в настоящее время связано прежде всего с использованием в конструкциях полимерных композиционных материалов (ПКМ), которые имеют специфические повреждения как скрытые расслоения, возникающие вследствие ударного воздействия на конструкцию, в отличии от металлов, для которых типичным эксплуатационным дефектом является поверхностная трещина. При этом, зачастую расслоения в ПКМ не видны при визуальном осмотре техники, что дополнительно осложняет своевременное обнаружение повреждений. Наиболее широкое распространение в авиационной отрасли получили ультразвуковые и рентгеновские методы НК

[41].

Ультразвуковой метод основан на излучении преобразователем ультразвуковых импульсов и приеме эхо-сигналов, отраженных от различных

неоднородностей в объекте контроля, или с точки зрения физики - границ раздела двух сред.

На Рисунке 1.4 представлен внешний вид ультразвукового дефектоскопа и процесс контроля пластины из ПКМ.

а) б)

Рисунок 1.4. Внешний вид дефектоскопа (а) и процесса контроля

пластины из ПКМ (б) Преимуществом ультразвукового метода является достаточно точное обнаружение скрытых дефектов с размерами от 5 мм. Основным недостатком данного метода НК является повышенная трудоемкость проведения диагностики протяженных конструкций (крыло самолета, лопасть вертолета), в связи с необходимостью ручного контроля, и отсутствие возможности идентификации типа дефекта (расслоение, разрыв волокна, трещины в матрице и другие).

Рентгеновские методы НК или рентгеновская томография получили широкое применение для исследования внутренней структуры ПКМ за счет возможности получения в автоматическом режиме информации о наличии дефектов в образце за счет послойного сканирования образца, помещенного в специальную камеру томографа. При этом разрешающая способность современных томографов позволяет обнаруживать скрытые дефекты размерами от 1 мкм. Основным недостатком данного метода НК является высокая стоимость необходимого оборудования, ограниченные размеры камеры для сканирования образца, а также необходимость снятия контролируемой конструкции с авиационной техники для проведения НК.

Таким образом, для своевременного обнаружения повреждений в конструкциях из ПКМ необходим метод НК, позволяющий непрерывно, в том числе в полете, обнаруживать ударные воздействия на конструкцию, например, при попадании птиц, которые могут привести к образованию скрытого дефекта. Одним из таких методов является метод акустической эмиссии.

Метод акустической эмиссии принципиально отличается от других методов, использующих волны напряжения, поскольку акустическая эмиссия зависит от сигналов, исходящих изнутри образца, а не из вне. Эти сигналы генерируются дефектами в ответ на какую-либо физическую или тепловую деформацию конструкции, Рисунок 1.5.

Рисунок 1.5. Основные принципы акустической эмиссии

При нагружении исследуемого объекта происходит излучение упругих волн материалом в результате внутренних изменений его структуры. Акустические колебания распространяются в материале образца и регистрируются преобразователями акустической эмиссии (ПАЭ), установленными на поверхности конструкции. В процессе нагружения конструкции все большее число дефектов образуется и распространяется в материале, что приводит к появлению большего количества сигналов АЭ. Основными источниками АЭ при исследовании разрушения материалов являются пластическая деформация и разрыв межатомных связей, вызванные ростом трещины.

Данный метод особенно эффективен на ранних стадиях разрушения материалов, когда выявление дефектов другими методами практически

невозможно. Он является одним из наиболее перспективных методов НК, поскольку обладает высокой чувствительностью и позволяет выявлять дефекты на стадии их зарождения. Разработанные методики локации сигналов АЭ позволяют определять координаты разрушения и направление его распространения, а также оценить степень опасности выявленного дефекта [42]. Известны работы, в которых рассматривают такие информативные параметры сигналов АЭ, как линейная локация, амплитудное распределение, активность, длительность, время нарастания, энергия [43]. На Рисунке 1.6 представлен пример отображения зарегистрированных сигналов акустической эмиссии при стендовых испытаниях образца конструкции из ПКМ.

Рисунок 1.6. График накопления импульсов акустической эмиссии в зависимости от возникающей деформации в образце из ПКМ при его

растяжении

Одним из преимуществ метода акустической эмиссии является возможность контролировать всю деталь с помощью всего нескольких преобразователей и ограничение состоит только в наличие доступа к объекту. Сложные численные процедуры обработки могут определить источник дефекта в любом месте детали без необходимости сканировать большую часть ее поверхности. Потенциальная чувствительность этого метода очень высока по сравнению с другими методами неразрушающего контроля.

Основным ограничением метода акустической эмиссии является то, что этот метод не способен обнаруживать дефекты, если они не растут. Определение размера и локализации дефекта в композиционных материалах сложной геометрии является достаточно сложной задачей, но тем не менее в

настоящее время активно ведутся работы по её решению [44]. Кроме того, пониженная помехозащищенность применяемых в настоящее время электрических пьезопреобразователей, не всегда позволяет применять акусто-эмиссионный метод при проведении летных испытаний.

Стоит отметить, что в настоящее время для контроля технического состояния подвижных металлических конструкций широко используется комбинированное применение метода тензометрии и измерения акустической эмиссии, позволяющие обнаруживать на ранней стадии усталостные повреждения и контролировать их рост. [45]

В рамках настоящей работы рассматривалось применения акусто-эмиссионного метода для измерения ударных воздействий, что является крайне актуальной задачей при мониторинге конструкций из ПКМ, так как любой удар может привести к расслоению ПКМ, которое невидно снаружи конструкции, что зачастую приводит к потере несущей способности конструкции. Материалы экспериментальных исследований в части испытаний конструкций из ПКМ и оценки факторов, влияющих на их прочность представлены в материалах [46,47].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хабаров Станислав Сергеевич, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анализ напряженно-деформированных и предельных состояний в экстремально нагруженных зонах машин и конструкций / Н. А. Махутов [и др.] // Чебышевский сборник. 2017. Т. 18. №. 3 (63). C. 390-412.

2. Махутов Н. А. Комплексная система расчетно-экспериментального определения условий и параметров предельных состояний //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. №. 1 ч. I. С. 52-56.

3. Стрижиус В. Е. Методы расчета усталостной долговечности элементов авиаконструкций: справочное пособие. М.: Машиностроение, 2012. 272 с.

4. Nikitin A. V., Soldatkin V. V., Soldatkin V. M. Improving the noise stability of measuring the altitude and speed parameters aboard a helicopter // Russian Aeronautics. 2016. V. 59. №. 4. P. 587-594.

5. Pakhov V. V., Fayzullin K. V., Denisov S. L. Measuring the Acoustic Characteristics of a Helicopter Rotormodel in a Wind Tunnel // Acoustical Physics. 2020. V. 66. №. 1. P. 44-54.

6. Soldatkin V. M., Soldatkin V. V., Nikitin A. V. Technology of Measuring Air Parameters Aboard the Single-Rotor Helicopter Using a Fixed Multifunctional Receiver // Russian Aeronautics. 2020. Т. 63. Pp. 164-170.

7. Soldatkin V. V. Aerometric system for measuring low helicopter airspeeds based on the data of the vortex column position // Russian Aeronautics (Iz VUZ). 2009. V. 52. №. 4. P. 455-462.

8. Ariskin E. O. et al. Onboard system for measuring the parameters of wind vector during parking, starting and takeoff-landing modes for helicopter with aerometric and ion-beacon measuring channels //Russian Aeronautics (Iz VUZ). 2015. V. 58. №. 4. P. 454-460.

9. Nikitin A. V., Soldatkin V. V. A starting system for measuring low airspeeds of a single-rotor helicopter // Russian Aeronautics (Iz VUZ). 2012. V. 55. №. 1. P. 68-75.

10. Kuznetsov O. I., Soldatkin V. M. Analysis and synthesis of the informationcontrolling system channels to prevent critical operating conditions of the helicopter flight // Russian Aeronautics. 2017. V. 60. №. 2. P. 263-269.

11. Popovic B., Bucak T., Hoti N. HUMS - HEALTH AND USAGE MONITORING SYSTEM // Promet- Traffic - Traffico. Vol.l2. 2000, No. 4. P. 179-184.

12. Методы и средства диагностики авиационных приводов при их эксплуатации по техническому состоянию / В.В. Голованов [и др.] // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2015. Т. 14. №. 3-1. С. 213-221.

13. Озеров А. В. Анализ функционирования агрегатов бортовых систем ВС методами лазерной вибрационной диагностики в наземных условиях // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2008. №. 130. С. 156-162.

14. Mironov A., Doronkin P., Priklonsky A. Advanced Vibration Diagnostics for Perspectives of Helicopter Technical Maintenance // International Conference on Reliability and Statistics in Transportation and Communication. Springer, Cham. 2017. Pp. 137-149.

15. Nedel'ko D. V. Method of determining the maximum permissible values for diagnostic signs of helicopter transmission units operational status // Russian Aeronautics (Iz VUZ). 2016. V. 59. №. 3. P. 297-302.

16. Комшин А.С., Позднякова Е.Д., Хабаров С.С. Применение измерительных технологий в целях оптимизации функционирования и диагностики конструктивных элементов летательных аппаратов с применением волоконно-оптических систем // Будущее машиностроения России.: Сборник докладов XII Всероссийской конференции молодых ученных. Москва. 2019. С. 160-162.

17. Хабаров С.С. Актуальность применения волоконно-оптической технологии для мониторинга технического состояния конструкций летательных аппаратов // Инженерно-физические проблемы новой

техники.: Сборник материалов XIV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвящённой 85-летию со дня рождения заслуженного работника ВШ РФ, доктора физико-математических наук, профессора Киселёва М.И. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020. С. 169-172.

18. Метелкина Е. Д. Система диагностирования технического состояния углового редуктора // Приборы. 2016. №. 11. С. 14-20.

19. Algorithm for assessing the technical condition of aircraft structures using a control system on fiber optic sensors / S. Khabarov [et al.] // International Journal of Advanced Trends in Computer Science and Engineering (IJATCSE). 2019. Vol.8. No 5. P. 2586-2590.

20. Lvov N. L., Khabarov S.S., Gavrikov M. Yu. Creation of an integrated system for monitoring the technical condition of high-quality helicopter units based on fiber-optic technology //International Journal of Engineering &Technology. 2018. V. 7. №. 4.38. P. 1162-1166.

21. Николаев А. В., Дмитриенко А. Г., Блинов А. В. Распределенная интеллектуальная система мониторинга состояния объектов РКТ // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2012. №. 4. С. 15-21.

22. Элементы концепции построения интеллектуальных систем мониторинга и контроля изделий ракетно-космической техники и объектов наземно-космической инфраструктуры / А.Г. Дмитриенко [и др.]. // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2018 № 2 (24). С. 5-13.

23. Перспективы управления техногенными рисками потенциально опасных объектов нефтегазового энергетического комплекса на основе измерительной информации эксплуатационного мониторинга и прогнозной диагностики их технического состояния / С.В. Власов [и др.]. // Наука и техника в газовой промышленности. 2020. №. 1. С. 96104.

24. Будко П. А., Дорошенко В. И., Бескид П. П. Многоэтапный контроль технического состояния наземных робототехнических комплексов // Морские интеллектуальные технологии. 2018. Т. 4. №. 4. С. 215-223.

25. Буймистрюк Г. Я., Сафонов С. И., Ильин А. В. Оптоволоконные измерительные каналы автоматизированных систем управления объектами атомной энергетики в экстремальных условиях // Автоматизация и 1Т в энергетике. 2018. №. 9. С. 52-58.

26. Стрижиус В. Е., Левин А. С. Выбор значений коэффициентов надежности при расчетах на усталость элементов основной силовой конструкции транспортного самолета // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2011. №. 163. С. 85-95.

27. Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела / В. И. Троян [и др.]. М.: МИФИ, 2008. 260 с.

28. Благов А.Е. Развитие методов рентгеновской дифракционной диагностики конденсированных сред в условиях динамических воздействий: дис. ... доктора физ.-мат. наук. Москва. 2016. 417 с.

29. Поликарпов М.В. Алмазные преломляющие линзы для лазероподобных рентгеновских источников: автореферат дис. ... кандидата физ.-мат. наук. Калининград. 2017. 26 с.

30. Хайруллина Л.Б. Обеспечение безопасности нефтегазового оборудования с использованием комбинированной диагностики автореферат: автореферат дис. ... кандидата технических наук. Уфа. 2015. 23 с.

31. Вольберг В.В. Исследование дефектности и ресурса качества алкидно-меламиновых покрытий, применяемых в машиностроении: автореферат дис. ... кандидата технических наук. Москва. 1994. 22 с.

32. Шичков А.В. Лазерный эллипсометр для контроля механических напряжений в фотоупругих средах: автореферат дис. ... кандидата технических наук. Москва. 1998. 17 с.

33. Секарин К.Г. Исследование физико-технических характеристик неоднородных сред поляризационно-оптическими методами: автореферат дис. ...кандидата технических наук. Санкт-Петербург. 2009. 17 с.

34. Коломеец А.О. Алгоритмическое и программно-техническое обеспечение тензометрического контроля колес вагонов в движении: автореферат дис. ... кандидата технических наук. Томск. 2017. 22 с.

35. Филиппов В.П. Методы обеспечения безопасной эксплуатации самолетов гражданской авиации по условиям прочности на наземных этапах полета: автореферат дис. ... доктора технических наук. Москва. 2015. 38 с.

36. Мехеда В. А. Тензометрический метод измерения деформаций: учеб. Пособие. Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. 56 с.

37. Возможности, задачи и перспективы волоконно-оптических измерительных систем в современном приборостроении / В. Б. Гармаш [и др.] // Фотон-экспресс. 2005. №. 6. С. 128-140.

38. Захаров И.С., Писаренко В.П. Применение бриллюэновской рефлектометрии в ранней диагностике волоконно-оптических систем передачи // Информационные технологии XXI века.: Сборник научных трудов. Хабаровск, 2015. С. 310-315.

39. Варжель С. В. Волоконные брэгговские решетки. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 65 с.

40. Мурашов В. В., Косарина Е. И., Генералов А. С. Контроль качества авиационных деталей из полимерных композиционных материалов и многослойных клееных конструкций // Авиационные материалы и технологии. 2013. №. 3 (28). С. 65-70.

41. Методы неразрушающего контроля, применяемые для конструкций изперспективных композиционных материалов / Бойцов Б. В. [и др.] // Труды МАИ. 2011. №. 49. С. 63.

42. Акустико-эмиссионный контроль авиационных конструкций / А.Н. Серьезнов [и др.]. М.: Машиностроение / Машиностроение - Полет, 2008. 440 с.

43. Исследование процесса разрушения композиционных конструктивных элементов с использованием тензометрии и метода акустической эмиссии / А. Н. Серьезнов [и др.] // Дефектоскопия. 2004. №. 9. С. 11-18.

44. Чернова В.В. Разработка методики акустико-эмиссионного контроля дефектов на ранней стадии их развития в изделиях из композиционных материалов: автореферат дис. ... кандидата технических наук Томск. 2017. 21 с.

45. Бехер С.А. Методы контроля динамически нагруженных элементов подвижного состава при ремонте и в эксплуатации на основе комплексного использования тензометрии и акустической эмиссии: автореферат дис. ... доктора технических наук. Томск. 2017. 36 с.

46. Железняков А.С., Соколовский А.Р., Веретено В.А. Экспресс-методы и новые технические средства оценки раздвигаемости нитей композитных материалов // Инновационные методы и технические средства для исследования свойств легкодеформированных композитных материалов. Новосибирск. 2015. С. 15-40.

47. Полилов А. Н. Экспериментальная механика композитов. 2-е изд. М.: Изд-во МГТУ им. НЭ Баумана. 2016. 375 с.

48. Moradi H., Hosseinibalam F., Hassanzadeh S. Improving the signal-to-noise ratio in a fiber-optic Fabry-Perot acoustic sensor // Laser Physics Letters. 2019. V. 16. №. 6. P. 1-8.

49. Phase demodulation of short-cavity Fabry-Perot interferometric acoustic sensors with two wavelengths / H. Liao [et al.] // IEEE Photonics Journal. 2017. V. 9. №. 2. P. 1-9.

50. Ushakov N. A., Liokumovich L. B. Multiplexed extrinsic fiber Fabry-Perot interferometric sensors: resolution limits // Journal of Lightwave Technology. 2015. V. 33. №. 9. P. 1683-1690.

51. Марочник сталей и сплавов. 4-е изд., переработ. и доп. / Ю.Г. Драгунов [и др.] Под общей ред. Ю.Г. Драгунова и А.С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2014. 1216 с.

52. Дубовиков Е. А. Многоуровневый алгоритм оценки перспективных конструктивно-силовых схем композитных авиаконструкций: дисс. канд. техн. наук. Жуковский. 2017. 130 с.

53. ASTM D 7136/D 7136M - 12. Standard Test Method for Measuring the Damage Resistance of a Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composite to a Drop-eight Impact Event. 2012. 16 p.

54. Стрижиус В.Е. Некоторые закономерности усталостного разрушения элементов композитных авиаконструкций, журнал // Композиты и наноструктуры. 2016. Т. 8. № 4. С. 265-271.

55. A.H. Cardon, G. Verchery Durability of polymer based compositesystems for structural application. 1991. 550 p.

56. Jeffrey A Hinkley, John W. Connel Long-Term Durability of polymeric matrix composites. 2012. 465 p.

57. Яшутин А. Г., Суренский Е. А. Автоматизированный комплекс силовых и детальных расчетов прочности самолета // Труды МАИ. 2014. №. 74. С. 3-3.

58. ГОСТ Р 57700.10 - 2018. Численное моделирование физических процессов. Определение напряженно-деформированного состояния. Верификация и валидация численных моделей сложных элементов конструкций в упругой области. М., 2018. 11с.

59. Фирсов Л. Л., Юргенсон С. А. Принципы построения системы мониторинга технического состояния конструкции для авиационных конструкций // Прикладная фотоника. 2017. Т. 4. №. 4. С. 280-296.

60. Испытания полимерного композиционного материала на удар падающим грузом / Ерасов В. С. [и др.] //Авиационные материалы и технологии. 2013. №. 3 (28). С. 60-64.

61. ГОСТ 25.101-83 Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов. 1984. 25 с.

62. Walker E.K. The effect of stress ratio during crack propagation and fatigue for 2024 T3 and 7075 T6 aluminium // Effect of Environment and Complex Load History on Fatigue Life. ASTM STP 462. 1970. P. 1-14, 30.

63. Ползучесть твердой эпоксидной смолы / Фомин Н. Е. [и др.] // Materials Physics and Mechanics. 2015. Т. 22. №. 1. С. 78-85.

64. Клокова Н. П. Тензорезисторы: Теория, методики расчета, разработки. М.: Машиностроение, 1990. 224 с.

65. Паньков А.Н. Разработка, исследование и совершенствование методов испытаний программного обеспечения средств измерений // Автореферат дис. ... кандидата технических наук / Всерос. науч.-исслед. ин-т метрологической службы. Москва, 2016.

66. Паньков А.Н. Подтверждение соответствия программного обеспечения. сертификация и аттестация программного обеспечения. система добровольной сертификации программного обеспечения // Приборы. 2015. №. 1. С. 26-28.

67. МИ 2955-2010 ГСИ. Типовая методика аттестации программного обеспечения средств измерений. М.: Стандартинформ, 2011. 25 с.

68. МИ 2174-91 ГСИ. Аттестация алгоритмов и программ обработки данных при измерениях. Основные положения. М.: Стандартинформ, 2005. 17 с.

69. Р 50.2.077-2014 ГСИ. Испытания средств измерений в целях утверждения типа. Проверка защиты программного обеспечения. М.: Стандартинформ, 2014. 14 с.

70. ГОСТ Р 8.654-2015 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Требования к программному обеспечению средств измерений. Основные положения. М.: Стандартинформ, 2014. 10 с.

71. ГОСТ Р 8.883-2015 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Программное обеспечение средств измерений.

Алгоритмы обработки, хранения, защиты и передачи измерительной информации. Методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2016. 18 с.

72. Р 50.2.004-2000 ГСИ. Определение характеристик математических моделей зависимостей между физическими величинами при решении измерительных задач. Основные положения. М.: Стандартинформ, 2000. 15 с.

73. Левин С.Ф. Математическая теория измерительных задач // Контрольно-измерительные приборы и системы. 1999. Ч. 1-10. С. 23-34.

74. ГОСТ Р 57412-2017 Компьютерные модели в процессах разработки, производства и эксплуатации изделий. Общие положения. М.: Стандартинформ, 2018. 13 с.

75. М.Ю. Плотников, А.В. Куликов. Алгоритмы гомодинной демодуляции в фазовых волоконных акустооптических сенсорах. Учебное пособие. СПб: Университет ИТМО, 2018. 60 с.

76. Волоконно-оптическое интерферометрическое устройство для регистрации фазовых сигналов: пат. RU 2624837 РФ/ М.Е. Ефимов, А.В. Куликов, И.К Мешковский; заявл. 01.04.2016; опубл. 07.07.2017 Бюл. № 19.

77. Experimental comparison of homodyne demodulation algorithms for phase fiber-optic sensor / M.N. Belikin [et al.] // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2015. Vol. 15, № 6. P. 1008-1014.

78. Бутырский Е. Ю. Преобразование Гильберта и его обобщение // НАУЧНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2014. том 24. № 4. С. 30-37.

79. Acoustic emission source location in complex structures using full automatic delta T mapping technique / S. K. Al-Jumaili [et al.] //Mechanical Systems and Signal Processing. 2016. V. 72. P. 513-524.

80. Kurz J. H., Grosse C. U., Reinhardt H. W. Strategies for reliable automatic onset time picking of acoustic emissions and of ultrasound signals in concrete // Ultrasonics. 2005. V. 43. №. 7. P. 538-546.

81. Ziola S. M., Gorman M. R. Source location in thin plates using cross-correlation // The Journal of the Acoustical Society of America. 1991. V. 90. №. 5. P. 2551-2556.

82. Спектрально-временное детектирование сигналов ВБР с помощью метода оптической временной рефлектометрии / Ю. Кульчин [и др.] // Фотоника. 2008. №. 3. С. 18-19.

83. Денисенко П. Е. Волоконно-оптические брэгговские датчики со специальной формой спектра для систем климатических испытаний.: дис. ... канд. техн. наук. Казань, 2015. 177 с.

84. Беликин М. Н. Быстродействующее малогабаритное устройство регистрации спектрального отклика для волоконно-оптических датчиков на брэгговских решетках: дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2016. 131 с.

85. Research of data Processing algorithms from fiber optic sensors / S. Khabarov [et al.] // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE). 2019. ISSN 2278-3075. Volume-9. Issue-1S. P. 456461.

86. РМГ 62-2003. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Оценивание погрешности измерений при ограниченной исходной информации. М., 2008. 17 с.

87. Система контроля технического состояния конструкций летательного аппарата (варианты): пат. RU 2544028 С1 РФ / Н.Л. Львов, С.С. Хабаров, А.А. Носов, Д.А. Сиваков; заявл. 29.07.2013; опубл. 10.03.2015. Бюлл. № 7.

88. Versions of Fiber-Optic Sensors for Monitoring the Technical Condition of Aircraft Structures / S. Khabarov [et al.] // Civil Engineering Journal. 2018. V. 4. №. 12. P. 2895-2902.

89. Вертолеты. Расчет и проектирование. Часть1. Аэродинамика / М.Л. Миль [и др.]. М.: Машиностроение, 1966. 455 с.

90. МИ 187 - 86, МИ 188 - 86. Методические указания. Достоверность и требования к методикам поверки средств измерений. М.: Изд-во стандартов, 1987. 39 с.

91. Дейнека И. Г. Исследование и оптимизация точностных и динамических параметров волоконно-оптических интерферометрических датчиков.: автореферат дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург. 2014. 19 с.

92. Многоканальный анализатор сигналов волоконно-оптических датчиков на основе волоконных брэгговских решеток: пат. ЯИ 192705 и1 РФ / А.А. Оглезнев, И.С. Шелемба, В.А. Симонов; заявл. 17.12.2018; опубл. 26.09.2019. Бюл. № 27.

93. Волоконно-оптические датчики для контроля параметров состояния объектов и окружающей среды в задачах мониторинга / А. И. Вялышев [и др.] // Природообустройство. 2014. №. 3. С. 32-37.

94. Мониторинг нагруженности композитной конструкции арочного моста на основе волоконно-оптических датчиков / А. Е. Раскутин [и др.] // Труды ВИАМ. 2018. №. 3 (63). С. 49-59.

95. Организация системы мониторинга фасадных конструкций на базе волоконно-оптических датчиков / И. В. Рубцов [и др.] // Технологии строительства. 2005. №. 5. С. 12-13.

96. Жихарев М. В. Оценка прочности высоконагруженных пластин из композитных материалов при локальном ударном воздействии: автореферат дис. ... канд. техн. наук. Челябинск. 2019. 19 с.

97. Долганина Н. Ю., Сапожников С. Б., Маричева А. А. Моделирование ударных процессов в тканевых бронежилетах и в теле человека на вычислительном кластере «СКИФ УРАЛ» // Вычислительные методы и программирование. 2010. Т. 11. С. 117-126.

98. Устройство для индикации срыва потока и флаттера и контроля технического состояния автомата перекоса вертолета: пат. ЯИ 2693762С1 РФ / Н.Л. Львов, С.С. Хабаров, М.Ю. Гавриков; заявл. 30.08.2018; опубл. 04.07.2019. Бюл. №19.

99. Устройство для индикации срыва потока на лопастях несущего винта вертолета: пат. ЯИ 2555258С1 РФ / Н.Л. Львов, С.С. Хабаров, А.А. Носов, Н.С. Павленко; заявл. 04.03.2014; опубл. 10.07.2015. Бюл. № 19.

100. Защитные покрытия места установки датчика на поверхности конструкции: пат. RU 181835Ш РФ / Н.Л. Львов, С.С. Хабаров, М.Ю. Гавриков, М.Ю. Федотов; заявл. 14.09.2017; опубл. 26.07.2018. Бюл. № 21.

101. Устройство выхода волоконно-оптического датчика из композита: пат. Яи 179119И1 РФ / Н.Л. Львов, С.С. Хабаров, М.Ю. Гавриков, М.Ю. Федотов; заявл. 14.09.2017; опубл. 26.04.2018. Бюл. № 12.

126

ПРИЛОЖЕНИЕ

П.1. Исходные данные для определения параметров ползучести в дополнении к параграфу 3.3 (для уменьшения объема данных результаты

испытаний прореживались).

Температура 40 0С Температура 50 0С Температура 85 0С

Время, мин. Изм. полз. х 105 Знач. полз. по аппр. х 105 Время, мин. Изм. полз. х 105 Знач. полз. по аппр. х 105 Время, мин. Изм. полз. х 105 Знач. полз. по аппр. х 105

0,00 0 0 0,00 0 0 0 0 0

1,21 -94 -80 1,21 -51 -53 1,19 -59 -41

2,42 -160 -154 2,42 -98 -105 2,37 -114 -80

3,63 -253 -223 3,63 -160 -154 3,55 -149 -118

4,83 -319 -287 4,84 -215 -202 4,73 -169 -154

6,04 -365 -346 6,04 -256 -248 5,91 -182 -189

7,25 -456 -401 7,26 -299 -292 7,08 -233 -222

8,46 -461 -452 8,46 -345 -335 8,27 -303 -254

9,67 -512 -499 9,67 -369 -377 9,45 -350 -285

10,88 -537 -543 10,87 -421 -417 10,65 -374 -315

12,09 -571 -583 12,08 -458 -455 11,84 -426 -344

13,30 -623 -621 13,29 -523 -492 13,01 -445 -371

14,51 -657 -656 14,49 -534 -528 14,19 -481 -397

15,72 -682 -689 15,70 -581 -563 15,38 -507 -422

16,93 -711 -719 16,90 -605 -597 16,58 -522 -446

18,14 -749 -747 18,11 -639 -629 17,75 -531 -469

19,35 -767 -773 19,31 -668 -660 18,94 -563 -492

20,56 -811 -797 20,51 -698 -690 20,12 -589 -513

21,77 -831 -819 21,71 -729 -719 21,30 -599 -533

22,98 -842 -840 22,92 -763 -747 22,49 -606 -553

24,19 -858 -860 24,12 -779 -775 23,69 -611 -572

25,40 -892 -877 25,32 -802 -801 24,88 -637 -591

26,61 -903 -894 26,52 -829 -826 26,06 -655 -608

27,82 -919 -909 27,73 -856 -850 27,24 -665 -625

29,03 -946 -924 28,93 -888 -874 28,42 -674 -641

30,24 -956 -937 30,13 -901 -897 29,59 -699 -656

31,45 -966 -949 31,33 -919 -919 30,78 -713 -671

32,67 -964 -961 32,53 -950 -940 31,96 -701 -685

33,88 -953 -972 33,73 -951 -961 33,15 -718 -698

35,09 -981 -982 34,94 -969 -980 34,34 -705 -712

36,30 -966 -991 36,14 -996 -1000 35,54 -752 -724

37,51 -988 -999 37,35 -1001 -1018 36,72 -756 -736

38,72 -973 -1007 38,55 -1031 -1036 37,90 -740 -748

39,93 -989 -1015 39,76 -1052 -1053 39,08 -744 -759

41,14 -1002 -1022 40,96 -1069 -1070 40,25 -775 -770

42,35 -1003 -102S 42,17 -10S4 -10S6 41,44 -773 -7S0

43,56 -1014 -1034 43,3S -109S -1102 42,63 -792 -790

44,77 -1015 -1040 44,5S -1112 -1117 43^1 -771 -799

45,9S -103S -1045 45,79 -1126 -1131 44,99 -S01 -S0S

47,19 -104S -1050 46,99 -1134 -1146 46,1S -777 -S17

4S,40 -1057 -1054 4S,20 -1152 -1159 47,37 -7S6 -S25

49,61 -1074 -105S 49,40 -1163 -1172 4S,55 -S21 -S33

50,S2 -1076 -1062 50,61 -1177 -Ш5 49,74 -S03 -S41

52,03 -10S7 -1066 51,S1 -1196 -1197 50,93 -S06 -S49

53,24 -10S6 -1069 53,02 -1205 -1209 52,11 -S37 -S56

54,45 -10S2 -1072 54,23 -121S -1221 53,29 -S26 -S62

55,66 -1074 -1075 55,43 -1230 -1232 54,47 -S36 -S69

56,S7 -1105 -107S 56,64 -1246 -1242 55,66 -S70 -S75

5S,09 -1099 -10S1 57,S5 -1244 -1253 56^5 -S43

59,31 -110S -10S3 59,06 -125S -1263 5S,03 -S44

60,52 -10SS -10S6 60,26 -1272 -1272 59,21 -S41 -S93

61,74 -1104 -10SS 61,47 -Ш0 -Ш2 60,40 -S37 -S9S

62,96 -10SS -1090 62,6S -12S9 -1291 61,5S -S67 -903

64,1S -1099 -1092 63,SS -1296 -1299 62,76 S66 -90S

65,39 -1103 -1093 65,09 -1301 -130S 63,95 -S56 -913

66,61 -109S -1095 66,30 -1316 -1316 65,14 -S54 -917

67,S3 -1092 -1097 67,51 -1327 -1324 66,33 -922

69,04 -1095 -109S 6S,71 -1324 -1332 67,51 -S70 -926

70,26 -1091 -1100 69,92 -1340 -1339 6S,69 -S72 -930

71,4S -1102 -1101 71,13 -1349 -1346 69^ -903 -934

72,70 -1092 -1102 72,34 -1361 -1353 71,07 -S72 -93S

73,91 -1106 -1103 73,54 -1365 -1360 72,25 -S97 -941

75,13 -1106 -1104 74,75 -136S -1366 73,44 -S99 -944

76,35 -1107 -1106 75,96 -Ш4 -1372 74,63 -919 -94S

77,57 -10S3 -1107 77,16 -Ш3 -137S 75,S1 -S93 -951

7S,7S -1099 -1107 7S,37 -Ш1 -Ш4 76,99 -S93 -954

S0,00 -1106 -110S 79,5S -1394 -1390 7S,17 -S90 -957

S1,22 -1100 -1109 S0,79 -139S -1395 79,36 -905 -960

S2,43 -1106 -1110 S1,99 -1397 -1401 S0,54 -902 -962

S3,65 -10S5 -1111 S3,20 -1412 -1406 S1,72 -934 -965

S4,S7 -1100 -1112 S4,41 -1417 -1411 S2,92 -914 -967

S6,09 -1111 -1112 S5,61 -1423 -1415 S4,11 -944 -970

S7,30 -109S -1113 S6,S2 -1432 -1420 S5,29 -94S -972

SS,52 -1103 -1114 ss,03 -1430 -1425 S6,47 -937 -974

S9,74 -1091 -1114 S9,24 -1436 -1429 S7,65 -929 -976

90,95 -1102 -1115 90,44 -1444 -1433 -933 -97S

92,17 -1094 -1116 91,65 -1451 -1437 90,02 -940 -9S0

93,39 -10S6 -1116 92,S6 -1451 -1441 91,21 -952 -9S2

94,61 -10SS -1117 94,06 -1465 -1445 92,39 -932 -9S4

95^2 -1104 -1117 95,27 -1461 -1449 93,57 -926 -9S6

97,04 -1091 -1Ш 96,4S -1466 -1452 94,75 -944 -9S7

9S,26 -1102 -1Ш 97,69 -1475 -1456 95,93 -9S4 -9S9

99,47 -1G86 -1119 98,89 -1477 -1459 97,11 -973 -99G

1GG,69 -1G92 -1119 1GG,1G -1476 -1462 98,3G -945 -992

1G1,91 -11G8 -112G 1G1,31 -1485 -1466 99,48 -1G19 -993

1G3,13 -11G2 -112G 1G2,51 -1497 -1469 1GG,66 -985 -995

1G4,34 -11G7 -1121 1G3,72 -1497 -1472 1G1,86 -1G2G -996

1G5,56 -1124 -1121 1G4,93 -151G -1475 1G3,G4 -956 -997

1G6,78 -1G93 -1122 1G6,14 -15G9 -1477 1G4,23 -1G2G -998

1G8,GG -1111 -1122 1G7,34 -1514 -148G 1G5,42 -986 -1GGG

1G9,21 -1118 -1122 1G8,55 -15G9 -1483 1G6,61 -1G21 -1GG1

11G,43 -1111 -1123 1G9,76 -1517 -1485 1G7,8G -1GG5 -1GG2

111,65 -1126 -1123 11G,97 -1515 -1488 1G8,98 -1G19 -1GG3

112,86 -11G7 -1124 112,17 -1528 -149G 11G,16 -1G69 -1GG4

114,G8 -1124 -1124 113,38 -1512 -1493 111,35 -1G37 -1GG5

115,3G -11G5 -1124 114,59 -1522 -1495 112,54 -1G38 -1GG6

116,52 -1122 -1125 115,79 -1524 -1497 113,72 -999 -1GG6

117,73 -1124 -1125 117,GG -1536 -1499 114,91 -1G67 -1GG7

118,95 -1131 -1126 118,21 -1533 -15G1 116,1G -1G57 -1GG8

12G,17 -11G9 -1126 119,42 -1542 -15G3 117,28 -1G43 -1GG9

121,38 -1136 -1126 12G,62 -1542 -15G5 118,47 -1G3G -1G1G

122,6G -1128 -1127 121,83 -1548 -15G7 119,66 -996 -1G1G

123,82 -1134 -1127 123,G4 -156G -15G9 12G,85 -1G16 -1G11

П.2. Свидетельство об утверждении типа средств измерений в

дополнении к параграфу 5.3.

Первый заместитель исполнительного

директора

АО «НЦВ ]

1К

29

АКТ

о внедрении материалов диссертационного исследования Хабарова Станислава Сергеевича в ОКР «Авангард-4»

Комиссия в составе:

Главного конструктора-В.В. Зарытова;

Технического руководителя по прочности - С.М. Панкратова,

рассмотрела материалы диссертационной работы Хабарова С.С. «Разработка системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций на основе волоконно-оптической измерительной технологии» и установила, что результаты теоретических и экспериментальных исследований в области измерения деформаций и нагрузок на деталях вертолета, применялись при разработке бортовой системы контроля технического состояния силовых элементов и конструкции вертолета Ка-52 в рамках ОКР «Авангард-4» по Государственному контракту № 1922187320321452208002620 от 05.04.2019 г. в интересах Минобороны России.

Главный конструктор

Технический руководитель по прочносп

С.М. Панкратов

Общество с ограниченной ответственностью «Научно-инновационный центр «Институт развития исследований, разработок и трансферта технологий»

НИЦ«ИРТ»

119049, г. Москва, Крымский, вал, дом 3, стр. 2 тел. [phone] ИНН 7708569830 e-mail: info(5>nicirt.ru

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор

АКТ № 15/19

о внедрении результатов диссертационной работы Хабаров С.С. на тему «Разработка системы непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций на основе волоконно-оптической измерительной технологии»

В диссертационной работе Хабаров С.С. разработал методику непрерывного мониторинга технического состояния высоконагруженных конструкций из полимерного композиционного материала летательного аппарата, на основе применения волоконно-оптической измерительной технологии. Использование системы мониторинга, основанной на данной технологии, позволяет непрерывно получать объективную информацию о техническом состоянии высоконагруженных конструкций и своевременно обнаруживать эксплуатационные повреждения, что дает возможность уменьшить время проведения неразрушающего контроля конструкций из ПКМ более чем в 10 раз.

Кроме того, Хабаровым С.С. разработана методика компенсации температурной ползучести волоконно-оптических датчиков деформации, расширяющая возможность применения данного типа датчиков в составе системы непрерывного мониторинга технического состояния конструкций.

Результаты диссертационной работы используются в профессиональной деятельности ООО НИЦ «ИРТ».

Заместитель генерального директора

А.А. Носов