В современной авиации инженеры стремятся снизить вес самолетов — это напрямую влияет на расход топлива и стоимость перевозок. Один из способов — заменить тяжелые металлические детали на легкие композиты.
У металлов свойства хорошо изучены, но они тяжелые. Полимерные композиционные материалы (углепластики) прочные, жесткие и значительно легче металлов. Однако их сложнее испытывать: прочность композитной детали зависит от ее геометрии, поэтому результаты испытаний маленького образца нельзя переносить на всю конструкцию.
Инженерам приходится испытывать реальные детали. Такая проверка может длиться несколько недель или месяцев. Ученые Пермского Политеха разработали методику оценки прочности композитных деталей газотурбинного двигателя с помощью инфракрасной термографии. Новый способ позволяет за несколько часов определить, сколько нагрузки выдержит деталь. Об этом Науке Mail сообщили в пресс-службе вуза.
Для испытаний мы взяли несколько деталей из углепластика, которые сейчас используют в конструкции авиационного двигателя. Их закрепили на стандартном вибростенде, который имитирует вибрации в полете. Далее образцы постепенно нагружали, одновременно отслеживая нагрев поверхности с помощью тепловизора — прибора, который бесконтактно измеряет температуру. В результате мы получили для каждой детали значение предельной нагрузки, которые можно использовать в дальнейших расчетах
Метод работает так: инженер создает на детали разную нагрузку. В материале накапливаются микроскопические повреждения, из-за чего поверхность нагревается. В момент резкого увеличения нагрева фиксируется предельная нагрузка. Полученные показатели совпадают с результатами стандартных испытаний, но раньше они занимали недели или месяцы, а теперь — несколько часов.
Мы также создали практическую методику, где описано, какие образцы нужно брать, как их закреплять, в каком режиме нагружать и как снимать показания тепловизора. Инженеру достаточно взять деталь, провести испытание в течение нескольких часов, а затем обработать данные по готовому алгоритму. На выходе он получает характеристики усталостной прочности, которые можно сразу использовать в расчетах. Разработка уже внедрена на одном из ведущих предприятий авиационного двигателестроения
Разработка уже внедрена в авиационной промышленности. Инженеры получают готовый инструмент для быстрой и точной проверки прочности легких материалов прямо на производстве. Это ускоряет проектирование, снижает затраты и открывает путь к более широкому применению композитов в авиации. Статья опубликована в журнале «Заводская лаборатория. Диагностика материалов».
Ранее Наука Mail писала о том, что челябинские ученые предложили недорогой износостойкий сплав для авиастроения.