Умный материал для Т-50: лазерные технологии обезопасят композитные конструкции

ОАК начала внедрение системы лазерного мониторинга композитных конструкций. Новая технология сама определит место удара поверхности самолета и упростит эксплуатацию.

При создании как боевых, так и гражданских воздушных судов постоянно увеличивается доля композитных материалов. Например, 70 % омываемой поверхности истребителя пятого поколения – углепластик. Композиты существенно облегчают вес конструкции, улучшают аэродинамику и позволяют кардинально снижать заметность боевой машины для радаров. 

Эксперты говорят, что на радаре отображение истребителя пятого поколения, благодаря неметаллическим покрытиям, не больше птицы.

Но в отличие от традиционных металлов, композиты более требовательны в обслуживании. Во время эксплуатации самолета агрегаты из углепластика могут подвергаться столкновениям птицы в воздухе, на земле – неосторожным ударам обслуживающего персонала. В отличие от металлических поверхностей, где последствия повреждения сразу заметны, на композитном крыле после удара могут появляться невидимые глазу трещины. Трещины под воздействием нагрузок, как правило, со временем увеличиваются в размере и при определенных обстоятельствах могут даже разрушить конструкцию летательного аппарата. 

Регулярно после нескольких полетов углепластиковые агрегаты – крыло, хвостовое оперение или фюзеляж – подвергаются тщательной инспекции неразрушающего контроля.

Big laser is watching you

Испытание композитной панели на разрыв.

Чтобы сократить время проверок и увеличить безопасность самолета, около пяти лет назад Министерство промышленности и торговли Российской Федерации, ОАК и компания «Сухой» начали проект по разработке новой технологии.

«Идея проста – сделать “композитный материал” умным, чтобы он сам информировал и летчика, и эксплуатанта о состоянии конструкции», – вспоминает главный технолог ОКБ Сухого Андрей Филатов.

ОАК и компания «Сухой» стали развивать партнерство с рядом отечественных научных институтов. Ученые предложили еще на этапе изготовления включать в конструкцию композитного покрытия, состоящего из миллионов композитных углепластиковых ленточек, специальное оптическое волокно. Часть работ выполняется самостоятельно, часть – с помощью отечественной компании – Научно-инновационного центра «Институт развития исследований, разработок и трансферта технологий» (НИЦ ИРТ). К моменту начала сотрудничества московские ученые наработали определенный опыт в обеспечении безопасности композитных лопастей для вертолетов. 

А летом этого года НИЦ ИРТ и компания «Сухой» создали опытный образец крыла истребителя пятого поколения Т-50. Сделанная из композитов конструкция пронизана оптоволоконными датчиками. 

Прокладка оптоволоконных датчиков.

Для своих заказчиков входящий в «Росатом» «НИИграфит» разработал специальный композитный материал, в структуру которого начали монтировать специальные оптико-волоконные датчики. Буквально весь перспективный авиационный комплекс фронтовой авиации пронизан несколькими сотнями метров оптоволокна, постоянно пропускающих сигнал. При появлении неполадки, а появление трещин в композитах всегда сопровождается специфическим треском, автоматика моментально определяет место и предлагает необходимые алгоритмы поведения.

При появлении любого повреждения компьютер выдает летчику рекомендацию – оценивает ресурс действия конструкции, выдает команду пилоту вернуться на базу, а если повреждение критическое – срочно покинуть самолет.

«Условно, на обслуживание самолетов с композитными конструкциями предусмотрено 900 часов традиционными методами. Автоматизация позволяет сократить время на сервисное обслуживание самолетов в несколько раз, – говорит директор НИЦ ИРТ Николай Львов. – Общий вес конструкции и материалов не более 5–7 килограммов, но значение для эксплуатации сложно переоценить».

«За умными конструкциями, конечно, будущее. Они могут сами диагностировать состояние материала, определять уровень безопасности полета. Однако пока предстоит преодолеть большой путь. Определить, насколько успешно датчики слышат шум, оптимальное размещение», – полагает Андрей Филатов.

Однако важность работ для авиации неоценима. «Композит – относительно молодой материал в авиации и его использование пока дает минимальный выигрыш в весе – не более 15–20 процентов», – говорит директор научно-технического центра ОАК Владимир Каргпольцев. – Конструкторы – люди консервативные и проектируют с большими допусками».

Применение умных конструкций в дополнение к широко известным преимуществам позволит еще со временем добиться значительного снижения веса. А значит, самолеты станут более безопасными и экономичными.

via