Описание проекта
Проект направлен на создание перспективных авиационных Smart-конструкций на основе волокно-оптических и пьезоэлектрических датчиков для контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов авиационного двигателя из полимерных композиционных материалов (ПКМ).
Авторским коллективом разработан прототип системы мониторинга на основе волоконно-оптических датчиков (ВОД) и специализированных Smart-слоев с ВОД для защиты датчиков в процессе установки и последующей эксплуатации. Разработанная система мониторинга соответствует уровню технологической готовности TRL 4 и успешно применена для контроля НДС различных авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов, таких как: лопатка спрямляющего аппарата, шпангоута реверсивного устройства, композитный корпус переменного сечения. Работоспособность системы мониторинга подтверждена расчётно-экспериментальным методом на образцах и элементах конструкций. В процессе проведения механических испытаний ВОД регистрировали деформации, которые в режиме реального времени сопоставлялись с модельным значением коэффициента запаса прочности и определялся остаточный ресурс конструкции. Полученные характеристики и особенности механического поведения конструкций из ПКМ с ВОД качественно и количественно советуют результатам математического моделирования, важно отметить, что данные обрабатываются в режиме реального времени. Следует отметить, что ВОД и Smart-слои на их основе монтировались как на поверхность исследуемой конструкции, так и внедрялись непосредственно в структуру.
В рамках реализации проекта предлагается провести НИОКР по разработке перспективной комбинированной системы мониторинга не только с применением волоконно-оптических, но и пьезоэлектрических датчиков. Такая комбинированная система позволит расширить возможности разработанной системы по регистрации изменений внутренней структуры, выявлению возникновения технологических и эксплуатационных дефектов и оценки механического поведения конструкций за счет регистрации возбужденного сигнала от пьезоэлектрических датчиков (т.е. определения исходной конфигурации конструкции с помощью пьезоэлектрических датчиков и последующей регистрации ее изменения). Планируется провести доработку существующего программного обеспечения с интеграцией в него цифрового двойника эксплуатируемой конструкции, и алгоритмов обнаружения дефектов с их последующим ростом. Цифровой двойник позволит наглядно следить за появлением дефектов в структуре конструкции и локализовать область их зарождения для проведения дальнейшего планового ремонта и прогнозирования остаточного ресурса. Модификация данной системы требует проведения дополнительных научно-исследовательских работ для доведения её до уровня технологической готовности TRL 4-5, с последующим внедрением в конструкции авиационной двигательной установки при стендовых испытаниях и последующей эксплуатации.
Кроме того, при сотрудничестве с ОДК будут проведены «полевые/пилотные» испытания, разработаны требуемые схемы внедрения/оснащения датчиками, цифровые двойники исследуемых конструкций, методики контроля напряженно-деформированного состояния конструкций с оценкой остаточного ресурса, рекомендации по промышленному применению и проведены НИОКР и ОКР внедрению системы мониторинга в серийное производство.
