Возможность контролировать состояние авиационной и космической техники, в частности, фюзеляжей и крыльев самолетов, несущих винтов вертолетов и корпусов космических станций закладывается еще на стадии проектирования. Мониторинг внешних механических воздействий, например, вдавливаний или ударов, в том числе от боевых снарядов, и быстрое реагирование на такие проблемы может помочь сохранить жизнь людям, находящимся на борту, а также само судно. Одним из перспективных направлений по определению дефектов в корпусах летательных аппаратов являются оптоволоконные пьезоэлектролюминесцентные датчики, которые диагностируют повреждения по светоотдаче люминофора — материала, который ярко светится при действии электрического напряжения или механической нагрузки. Ученые Пермского Политеха разработали электромеханическую модель функционирования такого оптоволоконного датчика, который поможет экипажу определять характер и локацию воздействия жестких частиц на фюзеляж самолетов и космических аппаратов. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Статья с результатами исследования опубликована в журнале «Russian Aeronautics».
Датчик представляет собой оптоволокно с композитным механолюминесцентным покрытием, светящимся при механическом воздействии, и встраивается на этапе производства в индикаторный полимерный слой композитных конструкций, например, фюзеляжа или крыльев самолетов. Датчик осуществляет индикацию, мониторинг и обнаружение внешних силовых воздействий на поверхность полимерного индикаторного покрытия, а также возможное образование дефектов и повреждений. Диагностирование осуществляется по результатам цифровой обработки приемником-анализатором величины интенсивности информативного светового сигнала, которая происходит на выходе из оптоволокна датчика по специально разработанным для этого алгоритмам.
— Для диагностирования внешнего механического воздействия на аэрокосмическую технику мы разработали электромеханическую модель индикаторного полимерного покрытия со встроенным оптоволоконным пьезоэлектролюминесцентным датчиком на основе механолюминесцентного эффекта — светоотдачи при механической нагрузке с целью обнаружения и локации внешних силовых воздействий жестких частиц, таких как град, осколки бетонной крошки при взлете и посадке самолета и космический мусор. Когда жесткие частицы ударяются или вдавливаются, например, в поверхность крыла самолета, где есть индикаторное полимерное покрытие, то датчик это заметит изменением интенсивности светового сигнала на выходе из оптоволокна, а приемник-анализатор идентифицирует, определит величину и расположение этого воздействия, — рассказывает профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций, доктор физико-математических наук Андрей Паньков.
Разработка ученых Пермского Политеха позволит эффективно проводить мониторинг нежелательных внешних механических воздействий и контролировать состояние ответственных элементов авиационной и космической техники. Благодаря этому, можно будет проводить своевременный ремонт образовавшихся дефектов, избежав нежелательного последующего роста повреждений, и обеспечить высокий уровень надежности и долговечности современной аэрокосмической техники.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн. рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.