Российские ученые разработали образец интеллектуальной конструкции крыла из композитных материалов с внедренными в структуру материала лазерными датчиками
Фонд перспективных исследований (ФПИ), Научно-инновационный центр "Институт развития исследований, разработок и трансферта технологий" (НИЦ "ИРТ") и химики МГУ завершают разработку образца интеллектуальной конструкции крыла из композитных материалов с внедренными в его структуру лазерными датчиками. Лазерное волокно для мониторинга композитных конструкций используется впервые, и его применение призвано существенно увеличить надежность и уменьшить вес изделия.
Современные гражданские лайнеры А-380 и Boeing 787 Dreamliner состоят из композитов более чем наполовину, новый отечественный самолет МС-21 - на треть. Но в сравнении с привычным для авиастроения алюминием композиты менее изучены. По словам генерального директора ФПИ Андрея Григорьева, существует насущная необходимость разработки системы непрерывного мониторинга состояния конструкции современного самолета, которая позволит безопасно эксплуатировать технику в течение длительного времени в жестких условиях неблагоприятного климата и экстремальных нагрузок, при нанесении ударов и прочих внешних воздействиях. ФПИ завершает работу над проектом интеллектуальной конструкции крыла, в структуру материала которого лазерные датчики, находящиеся в микроскопической оптоволоконной "паутине", вживляются непосредственно на этапе изготовления.
Как сообщил директор НИЦ ИРТ Николай Львов, на сегодняшний день специалисты компании разработали программное обеспечение и сам агрегат из композитных материалов с встроенным оптоволокном, передающим лазерный сигнал. В случае повреждения конструкции (столкновение с птицей в воздухе, удар при обслуживании самолета в аэропорту) лазер точно устанавливает место и степень повреждения, а также представляет пилоту необходимые данные о надежности конструкции. Ряд технологических решений данной системы применяется в летных испытаниях перспективного вертолета, разработанного в конструкторском бюро "МВЗ им. М.Л. Миля".
При повреждении композиты обычно издают характерное потрескивание. Группе ученых, специалистов в области материаловедения, оптики, электроники и химии удалось создать технологию, при которой автоматика контролирует "правильность" шума композита, выделяя его из множества других звуков самолета - работающего двигателя, воздушных потоков и пр. Несколько месяцев назад успешные испытания конструкции для самолетов ОАК прошли в ЦАГИ (входит в Национальный исследовательский центр им. Н.Е. Жуковского) - агрегат с вмонтированными датчиками продували в аэродинамической трубе в потоке, скорость которого была эквивалентна скорости полета современного лайнера.
- Мы наделяем материал новой сенсорной функцией, рождаются конструкции новых поколений авиационной техники, - рассказал директор Института новых углеродных материалов и технологий (ИНУМИТ МГУ) Виктор Авдеев. - Наша организация в данном проекте решает технологические вопросы изготовления композита и интеграции в него датчиков.
При бесспорных преимуществах композитов возникшие при эксплуатации дефекты конструкции - разрыв волокон, микротрещины, в том числе внутренней структуры - на начальном этапе не видны человеческому глазу.
- Необходимо обеспечить контроль за поведением композитов в процессе эксплуатации, чтобы избежать появления угрожающих ситуаций, - отметил директор научно-технического центра Объединенной авиастроительной корпорации Владимир Каргопольцев. - Проверять крыло гражданского лайнера площадью в 300 м рентгеновским снимком или ультразвуковым сканированием после каждого полета, конечно, не удастся. Поэтому часто при проектировании агрегатов из композитов конструкторы для обеспечения надежности конструкции вынуждены увеличивать запас прочности, что приводит к увеличению веса самолета, повышению стоимости и снижению эффективности эксплуатации. Новая технология поможет кардинально улучшить безопасность агрегатов из углепластика, а также в дальнейшем сократить вес композитных конструкций.
Марк Полов
