Методы контроля сотовых конструкций авиационной техники в условиях эксплуатации

Таким образом, результаты проведенных экспериментальных исследований по применению радиоскопической системы «Норка» для неразрушающего контроля сотовых панелей авиационной техники позволяют сделать следующие выводы:

- при радиоскопическом контроле образцов сотовых панелей в лабораторных условиях возможно надежное выявление воды высотой от 2 мм;

- при проведении контроля агрегатов авиационной техники в условиях ремонта и эксплуатации чувствительность метода к выявлению воды падает;

- надежно обнаруживаемый минимальный уровень влаги на радиоскопическом снимке, без обработки встроенными в систему программными средствами, составил 2,5-3 мм, что в два раза больше, чем при проведении НК радиографическим методом (1,6 мм);

- метод позволяет проводить контроль качества ремонтных и восстановительных работ, а также выявлять дефекты, связанные с геометрическими нарушениями сот и их соединений (зазоры, отсутствие сцепления ячеек); непроклеи, трещины в обшивке и отслоения рентгеноскопическим методом не выявляются.

- данная радиоскопическая система позволяет контролировать до 8-10 м /ч сотовых панелей с одновременной выдачей заключения, без применения пленки и химикатов для фотообработки, что существенно снижает материальные и временные затраты на проведение исследований, а также позволяет увеличить в несколько раз объем проводимого контроля.

УДК 620.179 А.В. Степанов

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СОТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

В авиастроении широко применяются детали и узлы многослойных конструкций. Слоистые конструкции отличаются высокой прочностью, обладают улучшенными аэродинамическими качествами, позволяют уменьшить количество деталей, из которых изготовлен узел или деталь, повысить ресурс. Высокие технико-экономические показатели при применении сотовых конструкций определяются правильным выбором материала, конструктивных параметров, технологией изготовления, а также методами и средствами их контроля при производстве и эксплуатации.

В процессе эксплуатации сотовые конструкции, как и любые другие узлы и агрегаты, подвергаются естественному износу, действию окружающей среды, поэтому претерпевают физико-механические изменения, что приводит к образованию в конструкциях различных дефектов, снижающих в конечном счете надежность и эксплуатационные характеристики авиационной техники. В процессе эксплуатации происходит снижение прочности клеевых соединений из-за старения клея. Кроме того, возможны механические повреждения обшивок и сотового заполнителя. Повреждения различаются по своему характеру и степени нарушения целостности, располагаются внутри и на поверхности конструкции. К наружным повреждениям относят отдельные вмятины, царапины, следы эрозии, а также трещины, не вызывающие явного нарушения монолитности и герметичности конструкции. Следующий вид - дефекты, частично нарушающие монолитность и герметичность конструкции: небольшие трещины на одной из обшивок,

пробоины обшивок, смятие и повреждение граней сотового заполнителя. Далее следуют дефекты, которые нарушают монолитность и герметичность панели, - сквозные пробоины с трещинами, выходящими за пределы зоны дефекта, расслоения в клеевых соединениях и др.

При обнаружении вышеупомянутых дефектов проводят ремонтно-восстанови-тельные работы, цель которых восстановление исходной прочности агрегата, сохранение имеющейся прочности и предохранение агрегата от дальнейшего разрушения. Из опыта использования слоистых конструкций известно, что наиболее опасными дефектами, наличие которых может быть причиной возникновения аварийной ситуации, являются - влага в сотах и отслоения обшивки. Количество этих дефектов по статистическим данным достигает 60-70% от полного перечня дефектов, возникающих при эксплуатации сотовых конструкций. Попавшая внутрь влага вызывает коррозию металлического сотового заполнителя, снижает прочность конструкции, при замерзании может вызвать разрушение сотового заполнителя.

Для обнаружения влаги в сотовых конструкциях наиболее широко применяют три метода неразрушающего контроля: радиационный, ультразвуковой и тепловой.

В области ультразвукового контроля в ОАО «Внуковские авиалинии» [1] разработан и внедрен для самолета Ил-86 ультразвуковой метод и специальная аппаратура для определения наличия и количества влаги в сотовых конструкциях, выполненных из алюминиевых сплавов. Контроль проводится по следующей схеме (рис.1).

2

Рис. 1. Схема ультразвукового контроля сотовой панели: 1 - ультразвуковой дефектоскоп; 2 - сотовая панель; 3 - локальная иммерсионная ванна; 4 - емкость с насосом и устройством для слива воды из иммерсионной ванны; 5 - ультразвуковой преобразователь

Контроль осуществляется эхоимпульсным методом. Ультразвуковые колебания возбуждаются преобразователем 5, проходят через слой воды в иммерсионной ванне в обшивку сотоблока 2 и далее в сотовую ячейку. При наличии воды в ячейке происходит отражение колебаний, которые принимаются тем же преобразователем. В результате контроля определяется распределение воды по поверхности агрегата и ее количество, регистрируемое на компьютере в виде изображения «С-Беап». На экране дефектоскопа в начале и в конце развертки видны два импульса - первое и второе отражение ультразвукового колебания в иммерсионной ванне от обшивки сотовой панели (включена задержанная развертка). Прижимая локальную ванну к поверхности отсека, оператор сканирует всю поверхность сотового агрегата с шагом 10 мм. В случае появления

на экране дефектоскопа эхо-сигнала от поверхности содержащейся в сотовой ячейке воды и срабатывания звукового (светового) сигнализатора дефектоскопа, контролер отсчитывает по экрану высоту столба с точностью 0,5 мм и отмечает ячейку с водой на поверхности отсека. Далее результаты измерений - уровни воды в отдельных ячейках и схема их расположения на агрегате - заносятся контролером на эскиз или передаются по радиоканалу с места измерения в лабораторию, где они вводятся в компьютер. При этом рассчитывается общее количество воды в агрегате и одновременно решается проблема документирования результатов контроля.

Данная технология и оборудование внедрены в ОАО «Внуковские авиалинии» для контроля воды в сотовых агрегатах, выполненных из алюминиевых сплавов, на самолетах Ил-86 и с положительным результатом опробованы на Ту-204, Ан-124 (Руслан).

Тепловизионный метод контроля основан на дистанционном анализе температурных полей, распределенных по поверхности объекта контроля. Полезный сигнал формируется на экране тепловизора или компьютера в виде цветового распределения, в котором определенный цвет соотнесен с температурой исследуемой поверхности (холодные участки отображаются в темных тонах, а участки с более высокой температурой - в светлых). Различают пассивный и активный способы тепловизионного контроля. При пассивном контроле разница в температуре возникает из-за разной теплоемкости отдельных составляющих конструкции объекта контроля. При активном способе контроля используют внешние или встроенные в агрегат нагревательные элементы и разницу в теплопроводности материалов объекта исследования.

В работах [2, 3], проведенных Томским НИИ интроскопии и компанией «ПЕР-ГАМ», отмечается положительный опыт применения тепловизоров для диагностики агрегатов авиационной техники и контроля сотовых агрегатов на наличие воды. В пассивном режиме контроля проведены исследования панелей Ту-204 (рис. 2) непосредственно после посадки самолета. Результаты показали возможность определения зон, в которых содержится вода, отображаемых на термограммах в виде холодных (темных) участков, форма и размеры которых соответствуют реальному распределению воды в агрегате.

а) б)

Рис. 2. Пассивное обнаружение воды в композиционных сотовых панелях элерона

и фюзеляжа (б) самолета Ту-204

При активном способе использовались оптические нагреватели (галогенные лампы) и тепловые пушки (фены). Контролируемую поверхность разбивают на участки размером 0,4-0,8 м и контролируют, последовательно переходя от одного к другому. На рис. 3 показаны термограммы дюралюминиевой и стеклопластиковой сотовой конструкции (с алюминиевыми сотами), полученные при оптическом нагреве.

Рис. 3. Термограммы дюралюминиевой

Зоны скопления воды остались более холодными в процессе нагрева по сравнению с бездефектными участками. Существенное различие между термограммами объясняется разной теплопроводностью материала обшивок. В термограммах панелей, изготовленных из стеклопластика, отчетливо прослеживается структура сотового заполнителя, тогда как термограмма панели из дюралюминия имеет более «смазанный» вид из-за большой теплопроводности материала конструкции.

Тепловой метод обнаружения воды в сотовых панелях принят в качестве штатного европейским концерном «Airbus Industry» [4] и американской фирмой «Boeing Commercial Aircraft».

Радиационный метод контроля основан на законе ослабления рентгеновского излучения веществом контролируемого объекта. Излучение, пройдя сквозь объект контроля, ослабляется в разной степени бездефектными участками и участками, содержащими дефекты, в результате чего возникает скрытое радиационное изображение, регистрируемое детектором - радиографической пленкой в рентгенографическом методе контроля и преобразователем (люминесцентным экраном, сцинтилляционным монокристаллом и др.) - в радиоскопическом методе (рис. 4).

а)

б)

а)

б)

Рис. 4. Комплект радиоско-пической аппаратуры: рентгеновский аппарат

Работа по исследованию возможностей рентгенографического и радиоскопиче-ского контроля сотовых конструкций проведена в ВИАМ [5]. Целью исследований было определение минимального уровня воды, выявляемого вышеуказанными радиационными методами контроля в сотовых агрегатах самолетов; чувствительности методов при поиске других дефектов, характерных для сотовых конструкций; разработка методов оценки размеров дефектов и уровня воды в исследуемых объектах контроля, а также технологий рентгенографического и радиоскопического контроля. В качестве объектов контроля при исследованиях использовали фрагменты металлических, композиционных и неметаллических сотовых панелей, а также агрегаты самолетов, демонтированные для ремонтных работ.

В результате экспериментальной работы было установлено, что минимальный уровень воды, выявляемый в ячейке сотовой панели, на рентгенографических снимках составил 1,5 мм, на радиоскопических снимках 2 мм. Производительность проведения контроля рентгенографическим и рентгеноскопическим методами составляет 1-2 и 8-10 м /ч соответственно.

Результаты рентгенографического и радиоскопического контроля образцов с искусственными дефектами показали, что в сотовых конструкциях надежно могут быть обнаружены дефекты, связанные с геометрическими нарушениями сот и их соединений (зазоры, отсутствие сцепления ячеек); менее надежно могут быть обнаружены деформация сот и заполнение их ремонтным заполнителем. Дефекты типа непроклея, отслоения, трещин в обшивке рентгенографическим методом не выявляются.

Изображение на рентгеновском снимке позволяет путем измерения и сравнения оптических плотностей тест-образца и выявленной влаги в контролируемом объекте провести количественную оценку содержания влаги в сотовых панелях. Чувствительность контроля изменения уровня воды с использованием тест-образца составила ±15^20% от высоты обнаруженного водяного слоя.

На рис. 5 показан пример радиоскопического и рентгенографического снимков одного из образцов.

Рис. 5. Снимок агрегата, содержащего влагу в сотах, полученный рентгеноскопическим методом

Полученные в процессе работы результаты легли в основу разработки технологии рентгенографического и рентгеноскопического контроля сотовых конструкций: РТМ 1.2.167-2000 «Неразрушающий контроль сотовых панелей летательных аппаратов в условиях ремонта авиационной техники радиационным и тепловизионным методами»; ТР 1.2.1769-2003 «Неразрушающий контроль рентгеноскопическим методом изделий из композиционных материалов и сотовых конструкций в условиях ремонта и эксплуатации авиационной техники».

Современный уровень развития авиации предполагает дальнейшее развитие и расширение спектра конструкционных материалов и изделий из них. Разнообразие геометрических форм агрегатов, различных материалов и их комбинаций предъявляет все более высокие требования к методам неразрушающего контроля изделий. Каждый метод контроля имеет свои специфические ограничения, не позволяющие дать стопроцентную гарантию о годности изделия. Поэтому для решения задач, возникающих при производстве и эксплуатации авиационной техники, необходимо использовать комплекс методов неразрушающего контроля - в этом случае возможно достижение компромисса между производительностью и чувствительностью проводимого контроля, что в свою очередь позволит повысить надежность и безопасность эксплуатации авиационной техники.

ЛИТЕРАТУРА

1. Азаров Н.Т. Эксплуатационный УЗК содержания и определения количества воды в клееных сотовых конструкциях самолетов //В мире неразрушающего контроля, 2001, № 4.

2. Вавилов В.П., Климов А.Г. Тепловизионная диагностика воды в авиационных сотовых панелях //В мире неразрушающего контроля, 2003, № 2.

3. Вавилов В.П. Тепловой контроль авиационной техники //В мире неразрушающего контроля, 2003, № 2.

4. Airbus adopts infrared termography for in-service inspection //Insight, 1994, v. 36, № 10.

5. Степанов А.В., Косарина Е.И. Радиографический контроль сотовых конструкций с целью обнаружения технологических и эксплуатационных дефектов //В мире неразрушающего контроля, 2003, № 3, с. 2-5.

6. Косарина Е.И., Степанов А.В., Тараканов Ю.В., Усачев В.Е. Радиоскопический контроль сотовых конструкций, с. 73-81 (настоящего сборника).

УДК 629.7.023.2

С.Л. Барботько, В.Н. Воробьев

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ТРЕХСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ ИНТЕРЬЕРА НА ПОКАЗАТЕЛИ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Последствиями развития пожара, помимо риска для жизни людей, является большой материальный ущерб, так как в большинстве случаев, после ликвидации по-