Применение теплового контроля для оперативной оценки осевого натяга и радиальных зазоров в болтовых соединениях компонентов авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов

Авиационная и ракетно-космическая техника

2026. Т. 33. № 2. С. 109-119.

Авторы

Вермель В. Д.1*, Титов С. А.1, Чернышев Д. С.1, Казьмин Е. А.2, Корнилов Г. А.1

1. Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия
2. Компания «Солютерм», Жуковский, Российская Федерация

*e-mail: npk@tsagi.ru

Аннотация

Рассматриваются конструкции болтовых соединений авиационных деталей из полимерного композиционного материала (ПКМ). Прочность и долговечность соединений определяются наряду с другими факторами сохранением эксплуатационных параметров: осевого натяга болтов и радиальных зазоров между стержнем болта и кромками отверстий в соединяемых деталях. Поскольку такие конструкции широко применяются для наиболее ответственных соединений агрегатов, а также деталей силового каркаса, разработан оперативный тепловой метод контроля. Его основным достоинством является мобильность аппаратуры: ее можно переносить непосредственно к контролируемым соединениям. На основании получаемой информации формируются термограммы, обработка которых позволяет оценить ключевые параметры соединений и непосредственно в аэродромных условиях корректировать натяг болтов с выявленным ослаблением.
Поскольку контроль осууществляется по площади с охватом ряда болтов в многоточечном соединении, он может выполняться в соответствии со временем межполетного осмотра летательного аппарата.
Метод опробован на ряде конструктивно подобных образцов с использованием демонстрационного макета комплекса с оборудованием для теплового контроля.


Ключевые слова:

болтовые соединения деталей из ПКМ, тепловой контроль соединений, условия эксплуатационной долговечности соединений, оперативный контроль болтовых соединений, тепловой неразрушающий контроль радиального зазора и осевого натяга, термограммы конструктивных параметров болтовых соединений, экспериментальное опробование метода теплового контроля

Список источников

  1. Яковец А.И., Сироткин О.С., Фирсов В.А. и др. Технология выполнения высокоресурсных заклепочных и болтовых соединений в конструкциях самолетов. М.: Машиностроение, 1987. 191 с.
  2. Сироткин О.С., Гришин В.И., Литвинов В.Б. Проектирование, расчет и технология соединений в авиационной технике. М.: Машиностроение, 2006. 330 с.
  3. Глебова М.А., Гришин В.И., Гусева Н.В. и др. Оценка прочности многорядных металлокомпозитных соединений авиационных конструкций // Ученые записки ЦАГИ. 2020. Т. 51. № 2. С. 57-67.
  4. Bickford JH. Other ways to control Preload. In: Introduction to the design and behavior of bolted joints: nongasketed joints. 5th ed.  CRC Press; 2022. p. 197-216.
  5.  Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. М.: Спектр, 2013. 542 с.
  6. Будадин О.Н., Вавилов В.П., Абрамова Е.В. Тепловой контроль: Учеб. пособие. М.: Спектр, 2013. 171 с.
  7. Zweschper Th, Wu D, Busse G. Detection of loose rivets in airplane components using lock-in thermography. 4th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography (QIRT98; September 7–10, 1998; Lodz, Poland). p. 161-166. DOI: 10.21611/qirt.1998.025
  8.  Nikravesh SMY, Goudarzi M. A Review Paper on Looseness Detection Methods in Bolted Structures. Latin American Journal of Solids and Structures.  2017;14(12):2153-2176. DOI:  10.1590/1679-78254231
  9.  Рыжова Т.Б. Оценка величин радиального натяга в заклепочных соединениях авиаконструкций с помощью ультразвука // Дефектоскопия. 1994. №6. С. 17.
  10. Герасимов В.Я., Парышев Д.Н. Повышение прочности болтов на основе деформационной тренировки переменными растягивающими напряжениями // Известия вузов. Машиностроение. 2006. № 9. С. 25-28.
  11. Gerasimov VYa, Paryshev DN. Increasing the strength of bolts based on deformation training with variable tensile stresses. Izvestiya vuzov. Mashinostroenie. 2006(9):25-28. (In Russ.).
  12.  Абгарян В.К., Абгарян М.В., Могулкин А.И. и др. Тепловизионные измерения температур ускоряющего электрода высокочастотного ионного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 3. С. 128-138. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=182567
  13. Жуков О.М., Ширяев Е.А., Вдовенко А.Г. Термографический контроль с ультразвуковой стимуляцией нагрева рабочей лопатки первой ступени газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2025. Т. 32. № 1. С. 172-179. URL:  https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=184460
  14. Vavilov V, Chulkov A, Smotrov A, et al. Characterizing impact damage in GFRP/CFRP composites by determining thermal effusivity/diffusivity. Measurement Science and Technology. 2019;30(3). DOI: 10.1088/1361-6501/ab018e
  15.  Nishina Y, Imanishi D, Midorikawa S, et al. Infrared Thermography for Nondestructive Testing. JFE GIHO 2015(35):80–81.
  16.  Корнилов Г.А. Методика ИК-термографии выявления скрытого дефекта в авиационной конструкции из полимерных композиционных материалов // Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение. 2022. Т. 24. № 1. С. 41-48. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.1.06
  17. Ibarra-Castanedo C, Genest M, Guibert S, et al. Inspection of aerospace materials by pulsed thermography, lock-in thermography and vibrothermography: A comparative study. Proceccing of SPIE – The International Society for Optical Engineering (July 1-4, 2007; Orlando, Florida, USA). Vol. 6541, Thermosense XXIX: 654116. DOI: 10.1117/12.720097
  18.  Ullmann T, Aoki R, Schmidt T. Lock-in Thermography for Process Integrated Non-Destructive Evaluation of Carbon Fibre Reinforced Aircraft Structures. 10th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography (July 27-30, 2010; Québec, Canada). DOI: 10.21611/qirt.2010.140
  19.  Huga F, Kajiwara I, Hosoya N, et al. Bolt loosening analysis and diagnosis by non-contact laser excitation vibration tests. Mechanical Systems and Signal Processing. 2013;40(2):589-604. DOI: 10.1016/j.ymssp.2013.05.023
  20.  He K, Zhu WD. Detecting Loosening of Bolted Connections in a Pipeline Using Changes in Natural Frequencies. Journal of Vibration and Acoustic. 2014;136(3):034503-1.
  21.  Huynh TC, Lee KS, Kim JT. Local dynamic characteristics of PZT impedance interface on tendon anchorage under prestress force vibration. Smart structures and systems. 2015;15(2):375-393. DOI: 10.12989/sss.2015.15.2.375
  22.  Wang T, Song G, Wang Z, et al. Proof-of-concept study of monitoring bolt connection status using a piezoelectric based active sensing method. Smart Materials and Structures. 2013;22(8):087001. DOI: 10.1088/0964-1726/22/8/087001
  23.  Чернышев Д.С., Живаев С.Н. Устройство для активного термографического неразрушающего контроля композитных авиационных конструкций. Патент RU 223337 U1. Бюлл. № 5, 14.02.2024.
  24. Нестерук Д.А., Вавилов В.П. Активная количественная термография (SOLIRT). Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ RU 2018666023. Бюлл. № 12, 11.12.2018.
  25. Титов С.А., Барышников О.Е., Захаржевский П.А. и др. Способ неразрушающего контроля состояния болтового соединения в конструкциях из полимерного композиционного материала. Патент RU 2858648 C1.  Бюл. № 8, 20.03.2026.
  26. Titov SA, Baryshnikov OE, Zakharzhevskij PA, et al. Method for non-destructive testing of state of bolted joint in structures made of polymer composite material. Patent RU 2858648 C1. Bull. 8, 20.03.2026. (In Russ.).

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2026