Наука и технологии России

Вход Регистрация

3D-контроль деталей самолётов позволит предупредить авиакатастрофы

Научный коллектив НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Александра Карабутова разработал уникальный отечественный прибор лазерно-ультразвуковой диагностики материалов, способный обнаружить мельчайшие внутренние дефекты с точностью до сотых миллиметра.

В результате развития техники растут механические и тепловые нагрузки на наиболее ответственные силовые элементы конструкции, что требует использования новых стратегических материалов, таких, как композиты и аддитивные покрытия. Они уникальны по прочности и лёгкости, но структурно неоднородны, поэтому развитие критического разрушения в них происходит стремительнее, чем в традиционных металлах.

Скажем, мельчайшие поры и дефекты в деталях авиационных механизмов при воздействии совокупности переменных напряжений в воздухе могут превратиться в магистральную, то есть по размерам сравнимую с функциональными частями самолёта, трещину и стать причиной катастрофы. Для предотвращения разрушений наиболее значимые узлы лайнера должны проходить трёхмерную экспертизу внутренней структуры, которая обнаружит дефектные очаги на самой ранней стадии.

«Научный коллектив новой лаборатории НИТУ «МИСиС», созданной в 2015 году в рамках программы повышения конкурентоспособности, под руководством доктора физико-математических наук, профессора Александра Карабутова представил новую, не имеющую мировых аналогов, технологию лазерно-ультразвуковой структуроскопии с уникальными возможностями для 3D-контроля материалов, деталей и изделий авиационной техники», сообщила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.

Лазерно-ультразвуковой структуроскоп, разработанный в НИТУ «МИСиС», обладает повышенным пространственным разрешением (50 микрон) при сохранении большой глубины зондирования (до 40 мм) и позволяет характеризовать дефекты по их механическим характеристикам и форме, получая фактически 3D-модель детали.

«В отличие от традиционного УЗИ, в лазерно-ультразвуковой структуроскопии для создания зондирующих импульсов используется лазер, а для регистрации эхо-сигналов – сверхширокополосные пьезоприёмники. Это позволяет повысить в 6–10 раз пространственное разрешение УЗ-контроля, а также его чувствительность, получать количественную информацию о состоянии материала – упругих модулях, пористости, напряжённых состояниях, различать жёсткие и мягкие неоднородности. Измерения могут быть автоматизированы, что повышает достоверность контроля», комментирует руководитель проекта, профессор Александр Карабутов.

МИСиС Руководитель Лаборатории лазерно-ультразвукового неразрушающего контроля НИТУ «МИСиС» Александр Карабутов (центре) с сотрудниками

Создаваемый лазерным импульсом ультразвуковой пучок обладает рядом уникальных характеристик, которые практически невозможно реализовать традиционными средствами – «сверхкороткие» импульсы, сохранение чёткой формы сигнала, узкий ультразвуковой пучок без боковых помех. Благодаря этому можно проводить контроль деталей в условиях, когда другие методы неэффективны, например, обнаружить и различить расслоение между каждым последовательным слоем композитного материала.

Опытный прототип разработанной автоматизированной системы неразрушающего контроля успешно опробован для контроля углепластиковых кессонов крыла нового российского ближне-среднемагистрального пассажирского лайнера, в том числе и при нагрузочных испытаниях. Первая партия инновационных лазерно-ультразвуковых дефектоскопов уже запущена в мелкосерийное производство и готова к применению в отечественной авиакосмической промышленности.

Источник информации и фото: Пресс-служба НИТУ «МИСиС».

Обсуждение