Навигационная система в самолете обеспечивает безопасность полета. Она позволяет пилотам точно определять местоположение, координаты в пространстве, направление и высоту над землей, а затем регулировать по ним движение воздушного судна. Это возможно благодаря металлическому резонатору внутри прибора, который служит чувствительным элементом. Точность его работы зависит от материала изготовления. Ученые Пермского Политеха провели эксперименты и подобрали более подходящий сплав, чтобы повысить эффективность механизма и обеспечить безопасность пассажиров во время полета, в том числе — в режиме автопилота.
Статья опубликована в журнале «Черные металлы» за 2024 год. Исследование выполнено в рамках государственного задания Минобрнауки РФ на выполнение фундаментальных научных исследований.
В навигационной системе находится чувствительный элемент (резонатор), в котором специально задаются колебания, образующие упругие волны. Если объект изменит положение, волны смещаются вслед за ним, а датчики показывают угол поворота всего летательного аппарата. Точность работы элемента зависит от материала, из которого производят такие резонаторы. Он должен сохранять свойства независимо от температуры окружающей среды.
Сейчас в резонаторах применяют сплав 21НКМТ, который также используют в конструкции упругих элементов, например, пружин и мембран для автомобильной, аэрокосмической и медицинской промышленности. Он состоит из двух фаз с различными физическими свойствами, что обеспечивает требуемые показатели в условиях сильного изменения температуры. Фаза — это однородная часть структуры, имеющая четко выраженную границу раздела. При переходе через нее состав, строение и свойства материала меняются скачком в зависимости от взаимодействия компонентов сплава. Наличие второй фазы и границы приводит к рассеиванию упругих волн и ухудшению эксплуатационных характеристик летательных аппаратов, снижается точность работы всей системы.
— Для повышения точности навигационной системы надо снизить число границ и фаз в материале резонатора. Мы используем для этого сталь 08Х2Г2НМФБ. Для нового состава провели специфическую циклическую и магнитную термообработку. В результате получили требуемые упругие и тепловые свойства. Уменьшение границ раздела между фазами позволило сократить рассеяние волн, — комментирует Игорь Русских, аспирант кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ.
Ученые Пермского Политеха сравнили оба вида сплавов, чтобы определить, какой больше подойдет для приборов навигационных систем и повысит точность их работы. Для этого изготовили опытные образцы, на которых измеряли основные физические свойства прибора.
— Исследования показали, что материал 08Х2Г2НМФБ имеет лучшие показатели упругих свойств и пластичности — 16 %. Применение этой стали повысит на 30% точность навигационных систем летательных аппаратов, а также позволит снизить стоимость изготовления этого элемента прибора в 1,5 раза, — комментирует Александр Шацов, профессор кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ, доктор технических наук.
Полученные учеными Пермского Политеха результаты позволяют рекомендовать сплав 08Х2Г2НМФБ для чувствительных элементов колебательных систем в приборостроении, чтобы обеспечить эффективную работу механизма и безопасность пассажиров во время полета.