Устройство для измерения параметров вмятины

Полезная модель относится к области испытаний на прочность летательных аппаратов (ЛА), включающих в себя агрегаты планера ЛА из полимерных композиционных материалов (ПКМ), для определения остаточной прочности и несущей способности составляющих их панелей после производственных и эксплуатационных ударных повреждений.
Область применения устройства для измерения параметров вмятины - авиастроение, ракетостроение, машиностроение, атомная энергетика и др.
Из существующего уровня техники (см. патент RU 2558687 C1, G01L 27/00, опубл. 10.08.2015, бюл. №22) известна измерительная установка для определения прогиба мембраны датчика давления и способ ее настройки. Изобретение относится к прикладной метрологии и используется для экспериментальной отработки конструкций волоконно-оптических датчиков давления для ракетно-космической и авиационной техники. На центр мембраны нанесена метка. Датчик закреплен в отверстии массивного основания, перпендикулярно поверхности которого установлена стойка с неподвижно закрепленной державкой, состоящей из нижней части и верхней части, соединенных между собой неподвижно. В верхней части державки крепится неподвижно индикатор часового типа таким образом, чтобы его продольная ось совпадала с продольной осью исследуемого датчика и центром мембраны. В основании находится отверстие для крепления устройства подачи давления, причем отверстия для крепления датчика и устройства подачи давления соединены между собой сквозным отверстием.
Измерительная установка не обеспечивает возможности мобильного измерения глубины вмятины и ее профиля после ударного повреждения в панелях из ПКМ силового каркаса планера.
Также из уровня техники (см. патент на полезную модель RU 149708 U1, G01B 7/14, опубл. 20.01.2015, бюл. №2) известно устройство для определения прогиба вала, установленного в подшипниковые опоры, включающее, по крайней мере, две пары бесконтактных датчиков перемещений вала относительно указанных опор, установленных соответственно в двух сечениях по границам шеек вала на торцах подшипников опор с взаимно перпендикулярным расположением датчиков каждой указанной пары, подключенных к общему измерительному блоку с бесконтактным датчиком синхронизации, формирующему за один оборот медленно вращающегося вала импульс для гармонического анализа и фиксации векторных значений перемещения вала, с последующим вычислением значения прогиба вала.
Указанное устройство не обеспечивает измерение глубины вмятины в панелях из ПКМ после ударного повреждения, профиля вмятины, связанной с ориентацией укладки ПКМ, а также релаксации глубины вмятины во времени на поверхности контролируемого объекта.
Еще одним аналогом заявленного технического решения является устройство для определения угловых положений поверхности объекта (см. патент RU 2548939 C2, G01B 21/22, опубл. 20.04.2015, бюл. №11), состоящее из источника излучения, двух жгутов световодов, фотоприемника, двух компараторов с различного уровня компарирования, формирователя уровней компарирования, двух блоков выделения середин электрических импульсов, блока регистрации временных интервалов, электродвигателя, оптической насадки в виде полого цилиндра. Изобретение относится к области измерения угла отклонения поверхности контролируемых объектов от базового уровня, профиля и кривизны поверхности деталей, и выполняет функцию расширения диапазона измеряемых угловых положений контролируемых поверхностей посредством увеличения времени одновременного существования зондирующего и принятого-отраженного потоков излучения.
Указанное устройство не обеспечивает возможности измерения глубины вмятины и ее релаксацию во времени в панелях из ПКМ после ударного повреждения при расположении измерительного стержня по нормали к поверхности контролируемого объекта.
Наиболее близким аналогом заявленного технического решения (прототипом) является устройство для измерения прогиба рельса железнодорожного пути, содержащее корпус, к боковой стенке которого жестко прикреплена планка, измерительный стержень, установленный на планке с возможностью горизонтального перемещения, в средней части измерительного стержня имеется кольцевой выступ, прижатый к короткому плечу рычага, закрепленного на планке с возможностью поворота относительно опоры, при этом длинное плечо рычага соединено с пружиной, другой конец которой прикреплен к противоположной стенке корпуса, кроме того, на торце длинного плеча рычага установлен самописец с острием, прижатым к ленте, расположенной на катушке, установленной в кронштейнах, которые соединены с корпусом, прижимные валики установлены на цилиндрическом валу, один торец которого шарнирно соединен со стенкой корпуса, а на другом конце вала закреплено зубчатое колесо, соединенное с помощью червячной передачи с источником движения (микроэлектромотором), при этом прогиб рельса определяется только в одном горизонтальном направлении (см. патент на полезную модель RU 144250 U1, G01B 3/22, опубл. 20.08.2013).
Указанное устройство не обеспечивает возможности мобильного измерения глубины вмятины после ударного повреждения и профиля вмятины в произвольном направлении в панелях из ПКМ.
Недостатком всех вышеуказанных технических решений является отсутствие возможности мобильно измерять глубину вмятины, ее релаксацию и профиль вмятины в произвольном направлении в экспериментальных панелях из ПКМ для последующей оценки остаточной прочности в результате растрескивания матрицы и наполнителя основного материала, при направлении измерительного стержня всегда по нормали к поверхности поврежденного объекта.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка конструкции устройства, обеспечивающего повышение точности и достоверности измерений параметров вмятины, их релаксацию во времени в экспериментальных панелях и агрегатах, изготовленных из ПКМ.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности и достоверности оценки остаточной прочности панелей силового каркаса планера ЛА из ПКМ по мобильным измерениям параметров вмятины после ударного повреждения на производстве или в условиях эксплуатации, а также выявление зоны расслоения основного материала вокруг вмятины и определение необходимости ремонта панели.
Решение поставленной задачи и получение технического результата обеспечивается за счет того, что в устройство для измерения параметров вмятины, содержащее планку, соединенную с устройством передачи движения, введены массивное основание с тремя опорами, платформа, выполненная круговой и размещенная во внутренней обойме радиального подшипника, внешняя обойма которого укреплена в центре основания, с возможностью фиксирования платформы при произвольном угле поворота, закрепленный в планке датчик с измерительным стержнем, длина которого не менее 30 мм, измерительно-информационное устройство, связанное с датчиком, при этом планка расположена в горизонтальном пазе платформы длиной не менее 50 мм, с возможностью скольжения в нем, а опоры выполнены одинаковой длины, имеют одинаковый угол наклона по отношению к измерительному стержню в среднем положении датчика и служат трехопорным центроискателем, в котором измерительный стержень расположен по нормали к поверхности панели из полимерного композиционного материала в зоне ударного повреждения, а мнимые линии продолжения опор сходятся в одной точке, расположенной на прямой, являющейся продолжением оси измерительного стержня датчика в его среднем положении.
Детали, признаки, а также преимущества настоящей полезной модели следуют из нижеследующего описания примера выполнения заявленного устройства с использованием чертежей, на которых показано:
- фиг. 1. Устройство в разрезе;
- фиг. 2. Конструкция устройства. Вид сверху.
Устройство для измерения параметров вмятины содержит массивное основание 1 с тремя опорами 2, платформу 3, укрепленную в радиальном подшипнике 4, планку 5, соединенную с помощью передачи с источником движения (микроэлектродвигателем) 6, скользящую в горизонтальном пазе платформы 3, датчик 7 с точностью не менее 0,001 мм, неподвижно закрепленный в планке 5, с измерительным стержнем 8 длиной не менее 30 мм, измерительно-информационное устройство 9 (например, типа СТММ), связанное с датчиком 7. Планка 5 установлена в горизонтальном (направляющем) пазе платформы 3 длиной не менее 50 мм. Платформа 3 выполнена круговой и размещена во внутренней обойме радиального подшипника 4, внешняя обойма которого укреплена в центре основания 1, с возможностью фиксирования платформы 3 при произвольном угле поворота. При этом опоры 2 выполнены одинаковой длины, имеют одинаковый угол наклона по отношению к измерительному стержню 8 в среднем положении датчика и служат трехопорным центроискателем, в котором измерительный стержень 8 расположен по нормали к поверхности панели из полимерного композиционного материала в зоне ударного повреждения, а мнимые линии продолжения опор 2 сходятся в одной точке, расположенной на прямой, являющейся продолжением оси измерительного стержня 8 датчика в его среднем положении.
Устройство работает следующим образом. Устанавливают устройство над вмятиной. Измерительный стержень касается глубины нижней точки вмятины. Производятся измерения датчиком, которые передаются в измерительно-информационное устройство. Опоры имеют одинаковый угол наклона по отношению к измерительному стержню в среднем положении датчика и служат трехопорным центроискателем, в котором измерительный стержень расположен по нормали к поверхности панели из полимерного композиционного материала в зоне ударного повреждения. Поворачивают платформу на произвольный угол поворота, производят новые измерения, обеспечивая таким образом мобильное измерение глубины вмятины измерительным стержнем, ее релаксацию во времени, и профиля вмятины в произвольном направлении в панелях из полимерного композиционного материала, после ударного повреждения, при линейном перемещении планки.
Основное преимущество предложенного технического решения устройства для измерения параметров вмятины состоит в том, что глубина ее измеряется не только после удара, но и после ее релаксации во времени, а профиль вмятины может быть получен в любом произвольном направлении без перестановки основания, при этом измерительный стержень всегда расположен по нормали к измеряемой поверхности.
Информацию по определению зоны расслоения в экспериментальных панелях и оценке остаточной прочности их в зависимости от параметров вмятины и ее месторасположения при различной толщине панели можно переносить на агрегаты самолета, находящегося в эксплуатации.
Использование описанного устройства позволит сократить время измерения, повысить достоверность полученных данных на 20-25% и поднять надежность оценки зоны расслоения ПКМ, а также остаточной прочности поврежденной после удара конструктивной панели на 10-15%.
Использование заявленного изобретения позволит также повысить точность определения параметров вмятины и достоверность прогнозирования остаточной прочности элементов конструкции из ПКМ после ударного непроникающего повреждения.