Описание проекта

Сегодняшние реалии показывают, что защита границ государств до сих пор является актуально задачей. Надёжность данной защиты обеспечивается военнослужащими и в главной степени надёжностью эксплуатируемой техники. Одними из важнейших направлений являются – военно-воздушные силы Российской Федерации (РФ). Данные войска, необходимы для отражения агрессии в воздушно-космической сфере, поражения объектов и сил противника, для поддержки и защиты от атак с воздуха и т.д. Военный парк РФ является вторым в мире по величине и насчитывает более 1800 самолётов, включая более 800 истребителей Су-27, Су-30СМ, Су-33, Су-35С, МиГ-29, МиГ-31 и их модификации, порядка 200 фронтовых бомбардировщиков Су-34, Су-24М и их модификации, свыше 200 штурмовиков Су-25, около 150 учебно-тренировочных самолётов Як-130 и других, около 70 стратегических бомбардировщиков Ту-95 и Ту-160 и более 40 дальних бомбардировщиков Ту-22М3. Кроме того, в военно-космических силах имеется около 400 военнотранспортных самолётов и самолётов заправщиков Ил-78, а также более 20 авиационных комплексов дальнего радиолокационного обнаружения А-50 и А-50У. Стоит отметить, что с каждым годом техника развивается, а предыдущие наработки устаревают. Поэтому увеличивается вероятность поломок самолётов, использующихся сегодня. Для их предотвращения персонал проводит проверки состояния авиационной техники разными методами традиционного неразрушающего контроля (Ультразвуковой, визуально оптический и т.д.). Стоит отметить, что каждый метод обладает своими положительными сторонами и своими недостатками, но их всех объединяет одно – самолёту требуется значительное время проводить в ангаре и проверка невозможна в ходе полёта самолёта. Эти недостатки указывают на то, что владельцу парка требуется нести значительный издержки за простой техники, за содержание команды рабочих и в главной мере данные методы не позволяют анализировать состояние летательного аппарата в полёте, при посадке и в периоде взлёта. Эти факторы указывают что требуется найти решение, позволяющее продлить срок эксплуатации самолётов путём проведения неразрушающего контроля и реализации системы постоянного мониторинга состояния конструкции.

Решением является – метод акустической эмиссии. Отличительные особенности метода по сравнению с традиционными методами:

1) Источником сигнала является объект исследования. Волна возникает за счет появления или развития дефектов в виде трещин, коррозии, расслоений и т.д.;

2) Возможность контроля свойств материала от момента возникновения дефекта до разрушения;

3) Метод позволяет определить положение и степень опасности дефекта;

4) Позволяет контролировать технически сложные объекты большого объема;

5) Методу требуется доступ к небольшой области объекта (не нужно постепенно сканировать всю поверхность объекта);

6) Метод позволяет подключить искусственный интеллект;

Поскольку методу не требуется оператор, а источником сигнала является сам объект исследования, это позволит производить анализ конструкции летательных аппаратов на всем жизненном цикле авиационной техники (с момента их стоянки до момента взлёта, полёта и посадки).

Были произведены экспериментальные вылеты на легкомоторном самолёте Cessna 172. Цель экспериментов: подтверждение экспериментальными данными возможности применения метода акустической эмиссии для контроля конструкции летательных аппаратов. На самолёт были установлены датчики акустической эмиссии. Установка осуществлялась с помощью специальных магнитных бандажей. В качестве точек установки были выбраны самые нагруженные элементы конструкции лонжерон крыльев и фюзеляж хвостовой части. После разгона и взлёта самолёта, на крыло действует распределённая сила, создающая изгибающий момент и, поскольку крыло не ломается, в нём возникают внутренние силы, препятствующие перемещениям. Если материал элементов конструкции облает какими-то отклонениями, датчик АЭ будет регистрировать сигнал. В ходе эксперимента датчики зафиксировали импульсные сигналы, которые усиливались пред усилителем, поступали в систему, регистрировались программой на компьютере и фильтровались. Этап фильтрации заключался в отсеивании результатов, которые не превышали установленный порог. После фильтрации были зафиксированы параметры: числа импульсов, энергии, суммарного счета, амплитуды. Программным методом, но полученным данным, были рассчитаны координаты локаций потенциальных дефектов структуры. Таким образом, на основе полученных данных, были найдены две локации сигналов в конструкции крыла летательного аппарата. (Были получены таблица импульсов и амплитуд)Т.е. была подтверждена возможность использования метода акустической эмиссии в области дефектоскопии конструкции самолётов. Но используемые датчики изначально не предназначены для анализа самолётов поэтому они были доработаны. Программа для анализа так же не была предназначена для анализа самолётов и помимо этого, на сегодняшний день, нет зависимостей между акустическими сигналами и изменением механических свойств авиационных алюминиевых сплавов. Это всё указывает на необходимость развития данной идеи.

Разрабатываемое устройство должно быть установлено в конструкцию крыла летательного аппарата через специальные технологические отверстия и должно быть способно осуществлять неразрушающий контроль крыльев летательных аппаратов в режиме реального времени при эксплуатации методом акустической эмиссии. Комплекс должен состоять из: датчиков акустической эмиссии; пред усилителя; вычислительного блока; гибких кабелей.

Инновационность разработки заключается в том, что на сегодняшний день применяемые классические методы контроля требуют больших временных и экономических затрат на поддержку рабочего состояния самолётов. В бортовом комплексе впервые будет применён метод неразрушающего контроля - акустическая эмиссия для анализа состояния конструкции крыла, который позволит осуществлять 100% контроль крыла летательного аппарата на протяжении 24 ч. в сутки каждый день. Это позволит продлить ресурс жизни самолётов в рабочем состоянии, что приведёт к росту прибыли с самолёта.

Некоторые характеристики: 1. Диапазон рабочих частот, кГц - 20-500; 2. Усиление предварительного усилителя, дБ - 40/60;т3. Пороги, программно устанавливаемые по каналам, дБ - 10-100; 4. Основная погрешность измерения АВП, мкс - 2; 5. Для основного электронного блока - температура окружающего воздуха от +5 до +45 градусов по Цельсию, для датчика акустической эмиссии от -50 до +50 °С; 6. Возможность установки в конструкции летательных аппаратов - есть; 7. Автономный расчет и регистрация данных акустической эмиссии - есть; 8. Методика анализа и расчета положения найденных дефектов для летательных аппаратов - есть; 9. Минимальный размер фиксируемых дефектов - начиная с 100 мкм; 10. Требуется доступ к менее 10% поверхности крыла. 11. Датчики, которые будут использоваться от компании «НДТ-системы». Компания отечественная, 13 лет на рынке. Коннекторы от той же компании.

Сравнение с косвенными аналогами. Первый косвенный аналог - Константа ВД1, ООО "КОНСТАНТА", Россия. Технические характеристики: Пределы допускаемой погрешности - ±(0,15Т+0,1) мм; Температура от -20 до +60 °С; Частота тока от 70 кГц до 3,8 МГц; Возможность автономной работы - нет; Возможность установки в конструкцию летательного аппарата - нет; Требуется постепенное сканирование поверхностей объекта. Второй косвенный аналог - УСД-46, ООО "НВП "КОРПУС", Россия. Технические характеристики: Максимальная длина контролируемого материала - 5950 мм; Диапазон частот тока - 5 Гц ÷ 30 МГц; Минимальный размер трещин - 0,002 мм; Диапазон рабочих температур - -20...+50°С; Возможность автономной работы - нет; Возможность установки в конструкцию летательного аппарата - нет; Требуется постепенное сканирование поверхностей объекта. Преимущества разрабатываемого комплекса, по сравнению с аналогами: будет работать в температурном диапазоне от -50 до +50 °С, аналоги - -20 до +60 °С и -20...+50°С; осуществление на 100% автономной работы при установке в конструкцию летательных аппаратов, аналоги - требуют оператора и не автономны; комплекс будет требоваться доступ к менее 5% поверхности крыла, аналогам нужно 100% сканировать.

Конечные потребители: Предприятия легкомоторных самолетов России, АО "Раменское приборостроительное конструкторское бюро"; АО "Институт Авиационного Приборостроения Навигатор"; ООО "Авиасистемы"; учебный центр лётных испытаний и т.д.

Предварительная точность бортового комплекса будет составлять от 200 000 руб. до 250 000 руб. в зависимости от комплектации (Это расчётный показатель, который может измениться). Средняя стоимость аналогов - 109 000-350 000 руб.

На сегодняшний день провожу исследования (НИР) для наработки базы данных взаимосвязи акустических откликов с изменением мех. свойств алюминиевых сплавов. Провожу экспиреметы с фильтрацией сигналов и исследую влияние электромагнитных помех на показания разрабатываемого комплекса.

Достижения на сегодняшний день:

1) Победа в грантовом конкурсе с получением финансирования разработанного проекта в виде 500 т.руб.

2) 2 место в номинации «Юный акустик» в конкурсе молодых специалистов. Конкурс: VIII Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Защита от повышенного шума и вибрации»;

3) Финалист XIX Всероссийский конкурс молодёжных авторских проектов и проектов в сфере образования, направленных на социально-экономическое развитие российских территорий, «Моя страна – моя Россия»;

4) Победитель конкурса лучших инновационных проектов в сфере науки и высшего образования Санкт-Петербурга в 2021 году в номинации «Лучшая инновационная идея»;

5) Публикация в журнале ВАК «Noise Theory and Practiсe» (ISSN 2412-8627, Vol.7, No.2, II, 2021).

Пульс