С К МИ С Т Е М А О М П Л Е К С Н О Г О О Н И Т О Р И Н Г А

ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЙ

ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ

ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ СИСТЕМЫ

Мониторинг напряженно-деформированного состояния конструкций в режиме реального времени

Оценка ресурса по реальному состоянию конструкции

Слежение за возникновением и развитием трещин, в том числе скрытых,

Обнаружение дефектов типа расслоений композиционных материалов,

Слежение за накоплением усталостных явлений в материалах

Слежение и фиксация превышений допустимых нагрузок, включая однократные и

кратковременные

Регистрация и периодическая сверка резонансно-акустического “портрета” конструкции,

как интегральной характеристики эксплуатационной пригодности ЛА.

2

Снижение уровня подготовки кадров

Потеря контроля качества, Нечеткое выполнение ТТ производителями комплектующих,

Упадок системы стандартизации

Большой разброс параметров входящих изделий и материалов по причине нарушений технологий производства

Ограниченность внутренней элементной базы

Низкая повторяемость изделий,

Большой разброс рабочих параметров и запасов прочности,

Невозможность применения статистических методов оценки

ресурса ЛА ( широко применяемого за рубежом),

Заблаговременный вывод ЛА из эксплуатации, ориентируясь

только на график. .

.

Как следствие:

АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ

ПРОБЛЕМАТИКА

Обоснование необходимости мониторинга

3

Условное размещение датчиков на самолете Датчик деформации

Мониторинг напряженно-деформированного

состояния конструкций в режиме реального

времени, реализованный на интегрированных

в материал и размещенных в ключевых точках

конструкции датчиках деформации.

НАПРАВЛЕНИЕ РАЗРАБОТКИ

4

ОПИСАНИЕ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

интегрируемость в материал

надежность при ускорениях и вибрации

малые массо-габаритные характеристики

электромагнитная совместимость

взрыво-пожаробезопасность

технологичность изготовления

Оптический период этой структуры определяет длину волны резонансного отражения.

Приложенная деформация растяжения или сжатия световода вдоль оси приводит к измене-

нию этого периода и смещению длины волны в спектре отражения. Осуществляя регистра-

цию этого смещения, можно реализовать измерения продольного удлинения отрезка свето-

вода в диапазоне от 10-6 до 10-3.

Датчик представляет из себя отрезок волоконного световода из кварцевого стекла,

легированного в сердцевине оксидом Германия и покрытого сверху защитным

покрытием из полимера или металла. В области сердцевины световода формиру-

ется периодическая структура, отражающая свет на определенной длине волны -

волоконная брегговская решетка (ВБР).

Основные требования

Описание датчика

5

ОПИСАНИЕ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

1х1

3

регистра-тор

компьютерСинхронизация

1х1

31

х13

Система регистрации содержит источник света

с широким спектром, спектрометр, измеряющий

спектральные смещения ВБР, компьютер, пере-

считывающий спектральные смещения в измеря-

емые деформации.

Датчики могут быть внедрены в композиционный

материал (а) или закреплены к поверхности

контролируемой конструкции с помощью конструк-

тивной оснастки (б).

Рис.4. Многоканальная система регистрации

волоконно-оптических датчиков деформации.

Технологические особенности применения

а) б)

6

ОПИСАНИЕ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Критически важная информация в ограниченном объеме

(обработанные данные) предоставляются экипажу (а),

в полном объеме записывается на цифровой носитель и

предоставляется наземным техническим службам (б).

Регистрирующая аппартура может быть выполнена

в виде бортового (1) полевого (2) стендового (3)

(лабораторного) исполнения.

Регистрация может проводиться как в режиме

регламентных работ и предполетной подготовки

(б), так и в процессе эксплуатации, в полете (а).

Датчик деформации

7 Структура комплекса

а.б.

1.2. 3.

СТЕПЕНЬ ПРОРАБОТКИ ТЕМАТИКИ

ЗАРУБЕЖНЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ, ЗАНИМАЮЩИЕСЯ АНАЛОГИЧНОЙ ТЕМАТИКОЙ

В РОССИИ СТЕПЕНЬ ПРОРАБОТКИ:

готовность к проведению ОКР.

Заказчик проведенных НИР-

Минпромторг России

The Fraunhofer Institute for

Integrated Circuits IIS “Optical Inspection Systems”

проходят лабораторные испытания

Уровни технической готовности (TRL)

DaimlerChrysler “Structural Monitoring Using Fiber-Optic Bragg Grating Sensors”

EADS and

обе лаборатории проводят полевые испытанияNASA

Autonomous Composite Fan Containment Integrity

Monitoring(AUTOCONFIRM) System.

Acellent Technologies, IncAirbus Deutschland GmbH- Bell Helicopter- Sikorsky- Boeing- Lockheed Martin- Northrup Grumman- Bombardier Aerospace

8

и т.д.

СТАДИИ РАЗРАБОТОК ЗАПАДНЫХ КОМПАНИЙ

9

NASAИспытания Структурного Мониторинга с 2001 г. В частности установка датчиков на механической конструкции левой шасси. Система функционировала в качестве дистанционно-управляющегоустройства сбора данных. Были проведены четыре летных испытания. Проверено програмное обеспечение. Тесты показали, что радиочастотная коммуникация должна быть доработана для обеспечения надежности.

Boeing

Структурного Мониторинга. Были применены датчики. Разработчики в кооперации с , , Университет Аризоны и несколькими частными авиакомпаниями ( ).

Компания TRI/Ostin Inc. провела летные испытания 14 сентября 2006 г. системы LAHMP на борту F-15.22 января 2007 г. наземные и летные испытания самолета военно-воздушных сил F-15 E1. Продемонст-рирована полная функциональность в течении всего тестового полета в сборе данных о состояниибезопасности конструкции.

NLRTFT-FOC NLR

Fairshield Metro II

Cessna Citation II TRL 5

В апреле 2005 г. компанией Boeing были протестированы в лаборатории и проверены в испытательных полетах на трех коммерческих самолетах технологии CVM

Lockheed Martin (lab. Sandia) FAA SMSDelta Airlines

SpaceShipOneС 2008 г. структурный мониторинг используется в перспективном частном космическом челноке “Белый рыцарь”.Первый полет состоялся в 2004 г.

и голландская Национальная аэрокосмическая лаборатория ( ) сделали первый успешный испытательный полет с применением оптоволоконных датчиков на Брэговских решетках на самолете

(турбовинтовой самолет).2010 г.-модернизирована система и переход к стандартам безопасности. Полное соответствие с требованиями полетов. Следующий полет на реактивном . Анализ полета и записанные данные показали .

Фото с видеоролика TFT

2001

2005

2006

2008

СТАДИИ РАЗРАБОТОК ЗАПАДНЫХ КОМПАНИЙ-II

AirbusКомпания изучает возможности применения Структурного Мониторинга на самолете нового поколения А-380 в качестве дополнения к традиционным методам неразрушающего контроля, во взаимодействиис Хольгер- Speckmann (координационный центр, Бремен),Cornerstone. Решается проблема труднодоступности, проверки глубоко скрытых недостатков из-за инновационного дизайна и многогранной геометрии.

PAC, Drexel University.Black Howk V-22 Osprey.

Bae SystemsХамбл, Саутгемптон, Великобритания разработала систему Insensys на основе оптоволоконных Брэг-говских решеток. В том числе для мониторинга в промышленности и ветровых турбинных лопаток. Несколько проектов в стадии окончания реализации.

Boeing, AirbusВакуумные сенсорные методы содержат около 300 натурных датчиков для испытательных полетов.

NASAИсследует методы диагностики структуры композитов корпусов реактивных двигателей (Glenn Researh Center). Исследовательская лаборатория ВВС (AFRL, UDRI)

NASA, ВМС СШАЛечение повреждений композитов в режиме пилотирования ЛА (Cornerstone Researh Group), Дейтон, штат Огайо. Рефлексивные технологии композитов ( ) сочетают я с интеллектуальной системой управления и активации автоматической идентификации повреждения и ответ первичных несущих элементов самолета.

По мнению руководства Airbus существует три подхода к внедрению СМ:: 1) датчики только стационарно установлеы в структуре, которые требуют периодического контроля с отдельным блоком, в то время как структура не работает. 2) датчики на месте сбора данных ( позволяют записывать данные во время работы), которые требуют периодической( вне службы) загрузки данных;3) датчики в режиме реального времени передают данные на удаленный сайт, позволяющий одновременно осуществлять структурный контроль с помощью беспроводной системы телеметрии

FAAНекоторые системы уже коммерциализированы, такие как акустические и ультразвуковые датчики, которые прошли адаптацию в режиме реального времени при проверках на композитах компаниями Испытания проводились на полномасштабных самолетах. Применялись для мониторинга микротрещин в металлических компонентах трансмиссии на вертолете и

.

CRG SMP c

2011

2010

2009

10