СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТА В ЗАДЕЛКЕ ОСТЕКЛЕНИЯ КАБИНЫ Российский патент 2021 года по МПК B64F5/00 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к диагностике состояния ответственных элементов конструкции воздушных судов (ВС), а именно к диагностике состояния заделки остекления фонаря кабины, и может быть использовано для выявления наличия опасных дефектов: отрыв лент крепления от стекла, нарушение герметичности элементов заделки.

В настоящее время существуют различные подходы к диагностике состояния заделки остекления фонаря кабины, начиная от простейших визуальных осмотров деталей до широкого применения современных комплексов неразрушающего контроля в условиях авиаремонтных предприятий [«Восстановление боевой авиационной техники», издание ВВИА имени профессора Н.Е. Жуковского, 1989 г., стр. 263-266].

Известен способ диагностики заделки остекления фонаря кабины, основанный на установке по периметру остекления фонаря кабины воздушного судна бумажных индикаторов, создании избыточного давления в кабине ВС на заданную величину, измерению расстояния отклонения индикаторов от их начального положения [Методические рекомендации по эксплуатации и восстановлению деталей остекления из органического стекла воздушных судов государственной авиации РФ в условиях заводского и войскового ремонта, Выпуск ГИ ВВС, Москва 2015 г., 16 с.]. Недостатком данного способа является низкая вероятность обнаружения и прогнозирования динамики развития дефектов на ранних стадиях.

Наиболее близким по своей технической сущности является способ диагностирования заделки остекления фонаря кабины [Патент RU 2722400, МПК B64F 5/00, опубл. 28.06.2018. Бюл. №16], основанный на приеме импульсов от датчиков акустической эмиссии (АЭ), установленных по периметру остекления фонаря кабины в области заделки на заданном расстоянии от каркаса кабины и заданном расстоянии друг от друга, в интервале времени от начала создания избыточного давления заданной величины T₁ до момента времени Т₂=Т₁+Т_в, где Т_в - заданное время выдержки избыточного давления, запоминании потоков импульсов АЭ, полученных от каждого датчика, определении закона распределения принятых от каждого датчика АЭ импульсных потоков, сравнении с заданным законом распределения и принятии решения о наличии развивающегося дефекта в заделке остекления фонаря кабины по результатам сравнения распределения импульсов АЭ, определении местонахождения дефекта по координатам датчика.

Недостатком данного способа является низкая вероятность выявления дефекта, обусловленная низкой вероятностью обнаружения сигнала акустической эмиссии при приемлемых нагрузках контроля вследствие того, что сигналы акустической эмиссии являются шумоподобными, поскольку акустическая эмиссия есть стохастический импульсный процесс.

Технический результат изобретения - повышение вероятности выявления дефектов остекления фонаря кабины ВС в области заделки.

Технический результат достигается тем, что в известном способе определения дефекта в заделке остекления кабины воздушного судна, основанном на плавном создании избыточного давления в кабине до заданной величины, поддержании его в течение заданного времени и определении наличии дефекта в заделке остекления, согласно изобретению, предварительно места заделки остекления в каркас по периметру в N точках облучают спекл-полем, регистрируют М спекл-изображений в каждой точке и рассчитывают их среднестатистические значения параметров, запоминают их, после создания избыточного давления через заданное время повторяют измерения, определяют разность среднестатистических значений параметров спекл-изображений соответствующих точек, полученных до и после создания избыточного давления, сравнивают с заданным значением, при превышении разности заданного значения принимают решение о наличии дефекта в заделке остекления кабины воздушного судна в данной точке и оценивают степень выхода остекления из заделки.

Сущность изобретения заключается в том, что предварительно места заделки остекления в каркас по периметру в N точках облучают спекл-полем, регистрируют М спекл-изображений в каждой точке и рассчитывают их среднестатистические значения параметров, запоминают их, после создания избыточного давления через заданное время повторяют измерения, определяют разность среднестатистических значений параметров спекл-изображений соответствующих точек, полученных до и после создания избыточного давления, сравнивают с заданным значением, при превышении разности заданного значения принимают решение о наличии дефекта в заделке остекления кабины воздушного судна в данной точке и оценивают степень выхода остекления из заделки.

Известно, что при создании избыточного давления внутри кабины ВС на клеевые соединения, элементы остекления, действуют силы, приводящие к образованию множества микродефектов, которые при повышении нагрузки объединяются в макродефект (расслоение, трещина) [Ж.-Ж. Вильнав. Клеевые соединения. Москва. 2007 г., с. 73-80] и способствуют выходу остекления фонаря кабины ВС из заделки.

В известном способе наличие дефекта в заделке остекления фонаря кабины и его местонахождение определяют по сигналам АЭ, возникающим с момента времени создания избыточного давления в течение заданного времени его выдержки, т.е. при постоянной нагрузке, т.к. акустические волны возникают в различных процессах, например, при деформации напряженного материала, истечении газов, жидкостей, горении и взрыве и др. [см., например, Физико-механические, статистические и химические аспекты акустико-эмиссионной диагностики: монография / С.И. Буйло. Южный федеральный университет. - Ростов-на-Дону; Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2017. - 184 с.]. Контроль же начинается после прекращения сил, приводящих к образованию дефектов, т.е. фактически после выхода остекления фонаря. Известно [Неразрушающий контроль: Справочник: в 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 7: В 2 кн. Кн. 1: В.И. Иванов, И.Э. Власов. Метод акустической эмиссии / Кн. 2: Ф.Я. Балицкий, А.В. Барков, Н.А. Баркова и др. Вибродиагностика. М.: Машиностроение, 2005. - 829 с.], что при методе АЭ показатели зависят от изменения нагрузки, прикладываемой объекту контроля, т.е. контроль ведется при динамической нагрузке. При постоянной нагрузке сигнал акустооптической эмиссии возникает очень слабый и вероятность его обнаружения в помехах очень низкая. Следовательно, вероятность выявления дефектов очень низкая.

Поэтому, согласно изобретению, предложено определение сдвига спекл-изображений до приложения нагрузки (исходное состояние остекления) и после приложения нагрузки (избыточное давление в кабине) [см., например, М. Франсон. Оптика спеклов. Москва. 1980 г. С. 96-101]. Для этого источник когерентного излучения, диффузор (матовое стекло) для создания спекл-поля и приемник оптического излучения устанавливают на расстоянии, при котором будет выполняться условие, что средний размер спекла должен быть меньше минимально допустимого расстояния выхода остекления из заделки. Определение степени выхода из заделки может быть выполнено, например, с применением программы для ЭВМ [см., например, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2020619977, опубл. 26.08.2020 г.], разработанной в соответствии с методикой, изложенной в [см., например, М. Франсон. Оптика спеклов. М.: Мир. 1980. С. 96].

Известно, что параметры спекл-изображений, зарегистрированных от поверхности контролируемого образца до смещения и после смещения, вызванных внешними воздействиями различны [Визуализация перемещений и деформаций методом цифровой корреляции изображений. Осинцев А.В., Очков К.Ю. Научная визуализация. 2016. Т. 8. №2. С. 15-23]. Поэтому, предложено предварительно места заделки остекления в каркас по периметру в N точках облучать спекл-полем, регистрировать М спекл-изображений в каждой точке, рассчитать их среднестатистические значения параметров и запомнить их. При плохом состоянии в места заделки остекления в каркас после создания избыточного давления может произойти отрыв остекления от каркаса и его смещение, вызванное внешним воздействием. Наличие смещения может быть определено повторной регистрацией спекл-изображений в соответствующих точках, вычисления среднестатистических значений параметров и сравнения разности среднестатистических значений параметров спекл-изображений соответствующих точек, полученных до и после создания избыточного давления с заданным значением. Заданное значение может быть принято, равным, нулю, т.к. при отсутствии смещения среднестатистические значения параметров спекл-изображений будут одинаковыми.

Формирование спекл-поля лазерного излучения может быть выполнено с помощью фазового элемента, например, матового стекла [см., например, М. Франсон. Оптика спеклов. М.: Мир. 1980. С. 57], а сам размер спекл-пятен может изменяться посредством изменения диаметра диафрагмы, расположенной у линзы, формирующей спекловое изображение участка. Фазовый элемент обеспечивает формирование равномерного спекл-поля за счет множества центров рассеивания. Регистрация спекл-изображений с контролируемой поверхности фонаря кабины может быть выполнена, например, цифровой видеокамерой [см., например, Система регистрации и обработки спекловых изображений в режиме реального времени. Владимиров А.П., Каманцев И.С., Гладковский С.В., Горкунов Э.С., Друкаренко Н.А., Задворкин С.М. В сборнике: Материалы XX Юбилейной Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным системам (ВМСППС'2017). 2017. С. 598-600].

Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, блок-схема которого приведена на фигуре, где обозначено: 1 - облучатель; 2 - регистратор спекл-изображений; 3 - блок вычисления среднестатистических параметров спекл-изображений; 4 - ключевая схема; 5 - блок запоминания; 6 - схема разности; 7 - схема сравнения; 8 - блок определения степени выхода остекления из заделки.

Назначение облучателя 1, регистратора спекл-изображений 2, блок вычисления среднестатистических параметров спекл-изображений 3, ключевой схемы 4, блока запоминания 5, схема разности 6 схема сравнения 7 ясны из их названия. Так, например, в качестве регистратора 2, блок вычисления среднестатистических параметров спекл-изображений 3 может быть использована цифровая камера, описанная в [см., например, Система регистрации и обработки спекловых изображений в режиме реального времени. Владимиров А.П., Каманцев И.С., Гладковский С.В., Горкунов Э.С., Друкаренко Н.А., Задворкин С.М. В сборнике: Материалы XX Юбилейной Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным системам (ВМСППС-2017). 2017. С. 598-600]. Остальные блоки могут быть выполнены с применением промышленно выпускаемых радиоэлектронных элементов.

Блок определения степени выхода остекления из заделки 8 предназначен для определения расстояния, на которое вышло остекление из заделки в зависимости от вычисленной на блоке 7 разности среднестатистических параметров, регистрируемых спекл-изображений, до и после создания избыточного давления внутри кабины.

Устройство работает в двух режимах, задаваемых оператором: режим 1 и режим 2. При задании режима 1 на управляющий вход ключевой схемы 4.1 поступает единичный сигнал и ключевая схема 4.1 открывается по первому выходу. В режиме 1 проводятся предварительные измерения. При этом облучателем 1 облучают в N точках места заделки остекления в каркас по периметру, регистрируют М спекл-изображений в каждой точке и рассчитывают их среднестатистические значения параметров, которые с выхода блока вычисления среднестатистических параметров спекл-изображений 3 через первый выход ключевой схемы 4.1 поступают на вход схемы запоминания 5. После проведения предварительных измерений повышают давление в кабине до заданного значения, выдерживают в течение заданного времени, устройство переводят в режим 2. При этом с управляющего входа ключевой схемы 4.1 снимается единичный сигнал, и она открывается по второму выходу. Измерения проводятся аналогично режиму 1. Среднестатистические параметры спекл-изображения, полученные в n-ой точке, где n=1…N поступают в схему разности 6, на второй вход которой поступают аналогичные результаты предварительных измерений. Разностный сигнал поступает на управляющий вход ключевой схемы 4.2, которая в исходном состоянии закрыта. В схеме сравнения 7 разностный сигнал сравнивается с нулем. Если сигнал на выходе схемы разности 6 не равен нулю, это значит, что в этой точке за счет внешних воздействий произошел, отрыв остекления от каркаса. В этом случае на ключевую схему 4.2 с выхода схемы сравнения 7 поступает единичный сигнал, и она открывается. С выхода схемы разности 6 сигнал поступает на вход блока определения степени выхода остекления из заделки 8, где определяется расстояние, на которое вышел элемент остекления кабины на основе анализа изменения разности среднестатистических параметров, регистрируемых спекл-изображений, до и после создания избыточного давления внутри кабины.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к диагностике состояния ответственных элементов конструкции воздушных судов (ВС), а именно к диагностике состояния заделки остекления фонаря кабины, и может быть использовано для выявления наличия опасных дефектов. Способ определения дефекта в заделке остекления кабины воздушного судна, основанный на плавном создании избыточного давления в кабине до заданной величины, поддержании его в течение заданного времени и определении наличия дефекта в заделке остекления. При этом предварительно места заделки остекления в каркас по периметру в N точках облучают спекл-полем. Регистрируют М спекл-изображений в каждой точке и рассчитывают их среднестатистические значения параметров и запоминают их. После создания избыточного давления через заданное время повторяют измерения, определяют разность среднестатистических значений параметров спекл-изображений соответствующих точек, полученных до и после создания избыточного давления, сравнивают с заданным значением. При превышении разности заданного значения принимают решение о наличии дефекта в заделке остекления кабины воздушного судна в данной точке и оценивают степень выхода остекления из заделки. Технический результат изобретения - повышение вероятности выявления дефектов остекления фонаря кабины ВС в области заделки. 1 ил.

Способ определения дефекта в заделке остекления кабины воздушного судна, основанный на плавном создании избыточного давления в кабине до заданной величины, поддержании его в течение заданного времени и определении наличия дефекта в заделке остекления, отличающийся тем, что предварительно места заделки остекления в каркас по периметру в N точках облучают спекл-полем, регистрируют М спекл-изображений в каждой точке и рассчитывают их среднестатистические значения параметров, запоминают их, после создания избыточного давления через заданное время повторяют измерения, определяют разность среднестатистических значений параметров спекл-изображений соответствующих точек, полученных до и после создания избыточного давления, сравнивают с заданным значением, при превышении разности заданного значения принимают решение о наличии дефекта в заделке остекления кабины воздушного судна в данной точке и оценивают степень выхода остекления из заделки.