Исследование деформации планера самолёта с помощью волоконно-оптических датчиков на брэгговских решетках

Авиационная и ракетно-космическая техника

2023. Т. 30. № 4. С. 109–119.

Авторы

Богатырев М. М.

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

e-mail: bogatyrevmm@gmail.com

Аннотация

Для обеспечения авиационного сообщения между регионами и сообщения с труднодоступными для наземного транспорта населенными пунктами проектируется самолет местных воздушных линий, в котором система управления безопасностью полетов предусматривает применение встроенной технической диагностики и дистанционной передачи данных о нагруженности основных силовых элементов планера самолета. Традиционно для измерения деформаций конструкций применяют тензорезисторы и измерительные мосты на их основе, однако в ряде случаев представляется более перспективным решением применение волоконно-оптических датчиков (ВОД) на брэгговских решетках, особенно для конструкций из композитных материалов, широко применяемых в современных самолетах. Для регистрации нагруженности основных силовых элементов планера самолета в статье рассмотрены результаты исследований на эталонной установке воспроизведения деформации УГТ-1 ЦАГИ образцов ВОД деформаций, основанных на волоконных брэгговских решетах, и сравнения их погрешностей с погрешностями традиционных тензомостов. Результаты исследований продемонстрировали, что волоконно-оптические датчики могут быть применены в системе мониторинга нагруженности и усталостной повреждаемости основных силовых элементов планера самолета.

Ключевые слова:

волоконные брэгговские решетки, волоконно-оптические датчики деформации, измерение деформации, мониторинг напряженно-деформированного состояния, деформация авиационных конструкций, метрологические характеристики волоконно-оптических датчиков, воспроизведение деформации

Библиографический список

  1. Гармаш В.Б., Егоров Ф.А., Коломиец Л.Н. и др. Возможности, задачи и перспективы волоконно-оптических систем в современном приборостроении // Фотон-Экспресс. 2005. № 6(46). С. 128–140.

  2. Карасик В.Е., Лазарев В.А., Неверова Н.А. Измерительное устройство контроля деформации и температуры на основе наноразмерных волоконно-оптических датчиков // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2008. № 58. С. 51–58.

  3. Коннов К.А., Сложеникина Ю.И., Грибаев А.И. и др. Исследование и оптимизация процесса записи суперпозиций волоконных решеток Брэгга // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 6. С. 1004–1010. DOI: 10.17586/2226-1494-2017-17-6-1004-1010

  4. Новикова В.А., Варжель С.В., Дмитриев А.А. и др. Исследование спектральных характеристик волоконных брэгговских решеток с фазовым сдвигом при воздействии давления, направленного перпендикулярно оси оптического волокна // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 5. С. 751–757. DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-5-751-757

  5. Мунько А.С., Варжель С.В., Архипов С.В. и др. Разработка чувствительного элемента волоконно-оптического тензометрического датчика на основе решеток Брэгга // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2017. Т. 60. № 4. С. 340–346. DOI: 10.17586/0021-3454-2017-60-4-340-346

  6. Стам А.М., Идрисов Р.Ф., Грибаев А.И. и др. Запись волоконных решеток Брэгга с использованием интерферометра Тальбота и эксимерной KrF-лазерной системы // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2017. Т. 60. № 5. С. 466–473. DOI: 10.17586/0021-3454-2017-60-5-466-473

  7. Мунько А.С., Варжель С.В., Архипов С.В. и др. Защитные покрытия волоконной решетки Брэгга для уменьшения влияния механического воздействия на ее спектральные характеристики // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. №. 2. С. 241–245. DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-2-241-245

  8. Серьезнов А.Н., Кузнецов А.Б., Лукьянов А.В. и др. Волоконно-оптическая система мониторинга состояния конструкции самолета, выполненного из композиционного материала // III Отраслевая конференция по измерительной технике и метрологии для исследований летательных аппаратов (05–06 июня 2018; Жуковский): сборник статей. – Жуковский: Изд-во ЦАГИ, 2018. С. 588–598.

  9. Баутин А.А., Свирский Ю.А., Панков А.В. и др. Способы применения волоконно-оптических датчиков деформаций в системах мониторинга // Прикладная фотоника. 2018. Т. 5. № 4. С. 391–407.

  10. Беловолов М.И., Беловолов М.М., Семенов С.Л. и др. Разработка волоконно-оптических датчиков контроля технических характеристик и оценки работоспособности композитных узлов изделий авиационной и ракетно-космической техники (Обзор) // Конструкции из композиционных материалов. 2020. № 3(159). С. 45–53.

  11. Шипунов Г.С., Воронков А.А., Пеленев К.А. и др. Оценка точности показаний волоконно-оптических датчиков на основе решеток Брэгга при испытании лопатки спрямляющего аппарата из углепластика // Международные конференции «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций» и «Химия нефти и газа» в рамках Международного симпозиума «Иерархические материалы: разработка и приложения для новых технологий и надежных конструкций» (01–05 октября 2018; Томск). С. 488. DOI: 10.17223/9785946217408/314

  12. Блокин-Мечталин Ю.К., Богатырев М.М., Зайцев М.Д. и др. Применение волоконнооптических систем измерения деформаций при испытаниях прочности планера самолета // III Отраслевая конференция по измерительной технике и метрологии для исследований летательных аппаратов (05–06 июня 2018; Жуковский): сборник статей. – Жуковский: Изд-во ЦАГИ, 2018. С. 554–563.

  13. Ларин А.А., Федотов М.Ю., Бухаров С.В. и др. Новые области применения систем волоконно-оптических датчиков // Прикладная фотоника. 2017. Т. 4. № 4. С. 310–323.

  14. Chandler K., Ferguson S., Graver T. et al. On-line structural health and fire monitoring of a composite personal aircraft using an FBG sensing system // SPIE – The International Society for Optical Engineering, 2008. Vol. 6933. DOI: 10.1117/12.783125

  15. Schmidt H.-J., Schmidt-Brandecker B. Design Benefits in Aeronautics Resulting from Structural Health Monitoring. Encyclopedia of Structural Health Monitoring / Edited by Boller C., Chang F., and Fujino Y. – John Wiley & Sons, Ltd. 2009, pp. 1807-1813.

  16. Fernández-López A., Menendez J.M., Güemes A. Damage detection in a stiffened curved plate by measuring differential strains // 16th International Conference on Composite Materials (8-13 2007; International Conference Center, Kyoto, Japan), pp. 1-8.

  17. Исламов Р.Р., Александров Ю.В., Гуськов С.С. Определение продольных механических напряжений в трубопроводе на основании данных волоконно-оптических датчиков деформации // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2016. № 5. С. 45–50.

  18. Манвелян В.С. Шестикомпонентные вращающиеся тензометрические весы для испытания соосных винтов // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 1. С. 53-64. DOI: 10.34759/vst-2020-1-53-64

  19. Петроневич В.В., Лютов В.В., Манвелян В.С., Куликов А.А., Зимогоров С.В. Исследование по разработке шестикомпонентных вращающихся тензометрических весов для испытаний рулевого винта вертолета // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 2. С. 69–84. DOI: 10.34759/vst-2021-2-69-84

  20. Петроневич В.В., Лютов В.В., Манвелян В.С., Куликов А.А., Зимогоров С.В. Исследования по калибровке шестикомпонентных вращающихся тензометрических весов для испытаний винтов летательных аппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 4. С. 48–61. DOI: 10.34759/vst-2021-4-48-61

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024