УСТРОЙСТВО АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ТРУБОПРОВОДОВ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2024 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к области технической диагностики и неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики трубопроводов гидравлических систем летательных аппаратов в авиации.

В процессе эксплуатации летательных аппаратов фиксируется множество авиационных происшествий, связанных с разрушениями трубопроводов, которые являются основными элементами гидравлических систем. Отказы, связанные со скрытыми и развивающимися дефектами трубопроводов в виде трещин, окисления и коррозии, приводят к нарушению функционирования гидравлических систем, что негативно сказывается на надежности и безопасности полетов летательных аппаратов.

В настоящее время оценка технического состояния трубопроводов гидравлических систем летательных аппаратов в процессе технического обслуживания и ремонта не позволяет своевременно выявлять предразрушающее состояние трубопроводов, поэтому существует необходимость в повышении достоверности и оперативности оценки технического состояния трубопроводов.

Известен способ визуального контроля, заключающийся в оценке технического состояния трубопроводов гидравлических систем летательных аппаратов [ГОСТ Р ЕН 13018-2014. Контроль визуальный. Общие положения]. Сущность способа заключается в том, что в процессе технического обслуживания или ремонта летательного аппарата проводят визуальную регистрацию негерметичности и возможных поверхностных дефектов контролируемого трубопровода без применения или с применением вспомогательных средств, например зеркала, линзы, эндоскопа или волоконно-оптических устройств.

Недостатком данного способа является невозможность обнаружения скрытых и развивающихся дефектов контролируемого трубопровода.

Известен способ оценки технического состояния трубопроводов гидравлических систем летательных аппаратов при испытаниях на герметичность, опрессовку и статическую прочность [ОСТ 1 00095-73. Гидросистемы силовые летательных аппаратов. Давления]. Сущность способа заключается в том, что при ремонте летательного аппарата контролируемый трубопровод гидравлической системы демонтируют и устанавливают на испытательный стенд, нагружают давлением рабочей жидкости и осуществляют визуальный контроль поверхности контролируемого трубопровода на предмет негерметичности и возможных дефектов.

При испытаниях на герметичность в контролируемом трубопроводе создают давление рабочей жидкости 1,25 Р_номин. с выдержкой в течение установленного времени для визуальной регистрации негерметичности, где Р_номин. - номинальное давление рабочей жидкости.

При испытаниях по опрессовке в контролируемом трубопроводе создают давление рабочей жидкости 1,5 Р_номин. с выдержкой в течение установленного времени для выявления остаточных деформаций, трещин и других дефектов в материале.

При испытаниях на статическую прочность в контролируемом трубопроводе создают давление рабочей жидкости не менее 3 Р_номин. с выдержкой в течение установленного времени для выявления негерметичности и возможных дефектов в материале.

Недостатками данного способа являются отсутствие возможности обнаружения скрытых и развивающихся дефектов контролируемого трубопровода, необходимость применения различных испытательных стендов и обязательного демонтажа трубопровода с летательного аппарата для осуществления диагностики, что приводит к увеличению трудоемкости выполняемых работ, временным, производственным и экономическим затратам.

Близких аналогов заявленного способа акустико-эмиссионной диагностики трубопроводов гидравлических систем летательных аппаратов, заключающегося в оценке предразрушающего состояния контролируемого трубопровода не выявлено.

Установлено, что в процессе эксплуатации при нагружении трубопровода рабочей жидкостью в материале происходит релаксация скопившихся микродефектов с напряжениями, вызывающими пластическую деформацию с дальнейшим переходом в макродефект (трещину), что и является предразрушающим состоянием. При использовании метода акустической эмиссии (АЭ) существует непосредственная связь регистрируемых сигналов АЭ с конкретными физическими процессами разрушения материала. За счет параметров сигнала АЭ возможно диагностировать момент зарождения макродефекта в материале до разрушения. Для случайного характера развития микродефектов на начальных стадиях деформации и разрушения существуют устойчивые (инвариантные) соотношения для регистрируемых параметров АЭ. Появление отклонений регистрируемых значений от их инвариантных значений может служить критерием перехода на следующую стадию деформации или разрушения материала [Буйло С.И. Физико-механические, статические и химические аспекты акустико-эмиссионной диагностики: монография. - Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2017. - 184 с.].

Это позволяет создать способ акустико-эмиссионной диагностики трубопроводов гидравлических систем летательных аппаратов. Решение этой задачи возможно путем выявления предразрушающего состояния контролируемого трубопровода, где в качестве критерия образования макродефекта используется факт отклонения параметров регистрируемых амплитудных распределений АЭ от пуассоновского вида.

Сигнал преобразователя АЭ (ПАЭ) аппроксимируется выражением:

где P(t) - форма импульса датчика ПАЭ; u_m - амплитуда импульсов АЭ; t - время; t_m - моменты времени сигнала АЭ.

Второй начальный момент u_m, зависящий от прочностных характеристик материала контролируемого трубопровода, равен:

где р(u_m) - плотность распределения u_m.

Величина t_m определяется пуассоновским процессом с интенсивностью λ, а их дисперсия определяется выражением:

Математическое ожидание M[x(t)] при пуассоновском распределении t_m имеет вид:

При отношении D_x[x(t)] и М[х(t)] интенсивность λ не учитывается, следовательно:

где - амплитудный инвариант для материала контролируемого трубопровода, характеризуемый линейной зависимостью от степени деформирования материала в зоне пуассоновского распределения t_{m и определяющийся на основании амплитудного распределения импульсов АЭ; Y(t) - константа, зависящая от формы сигнала ПАЭ и его реакции на импульс АЭ.}

Выражение (5) принимает конечный вид:

Алгоритм оценки предразрушающего состояния контролируемого трубопровода имеет следующую последовательность.

После проведения испытаний эталонного бездефектного трубопровода на основании полученных экспериментальных данных формируют зоны «Безопасно», «Опасно» и «Критически опасно». Полученные данные аппроксимируют полиномом в линейную зависимость J_П(t), определяя коэффициенты а₀ и а₁:

где J_П - пороговый уровень инварианта, описывающий экспериментальную зависимость для материала эталонного бездефектного трубопровода.

При нагружении контролируемого трубопровода в зоне «Безопасно» (нормальное состояние) источниками сигналов АЭ в материале выступают единичные микротрещины, кривая непрерывна и совпадает с экспериментально рассчитанным полиномом J_П. В зоне «Опасно» (предразрушающее состояние) микротрещины объединяются в макротрещину и происходит существенный рост с отклонением от полинома J_П. В зоне «Критически опасно» (разрушение) происходит образование макротрещины, что подтверждается дальнейшим увеличением и отклонением от полинома J_П (фиг. 1).

При отклонении случайных (пуассоновских) значений от устойчивых значений полинома J_П и попадании в зону «Опасно» судят о появлении предразрушающего состояния в материале контролируемого трубопровода, и принимают решение о возможности его дальнейшей эксплуатации.

Технический результат: повышение достоверности и оперативности оценки технического состояния трубопроводов гидравлических систем летательных аппаратов и в целом надежности летательных аппаратов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную многоканальную акустико-эмиссионную систему контроля силовых элементов конструкций [патент РФ №2659575, 03.07.2018], состоящую из N-каналов регистрации, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь АЭ 2, установленный на контролируемый трубопровод 1 под давлением, аналого-цифровой преобразователь 3, блок вычисления известных АЭ критериев 4, блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов АЭ 5, два блока вычисления инвариантов числа импульсов АЭ 6 и 7, устройство отображения информации 9, дополнительно включают блок расчета инвариантов амплитудных параметров импульсов АЭ 8, в котором реализован способ акустико-эмиссионной диагностики трубопроводов гидравлических систем летательных аппаратов и рассчитаны амплитудные инварианты в процессе деформирования материала трубопровода, а также проведена оценка предразрушающего состояния, при этом вход данного блока соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход подключают к устройству отображения информации (фиг. 2).

Изобретение относится к области технической диагностики трубопроводов гидравлических систем летательных аппаратов в авиации. Устройство акустико-эмиссионной диагностики трубопроводов гидравлических систем летательных аппаратов состоит из N-каналов регистрации, каждый из которых выполнен из последовательно соединенных преобразователя акустической эмиссии, установленного на контролируемый трубопровод под давлением, аналого-цифрового преобразователя, блока вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, блока вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии, двух блоков вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, устройства отображения информации. Дополнительно включен блок расчета инвариантов амплитудных параметров импульсов акустической эмиссии, в котором получены расчеты амплитудных инвариантов в процессе деформирования материала трубопровода и проведена оценка предразрушающего состояния. Вход блока расчета инвариантов амплитудных параметров импульсов акустической эмиссии соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход данного блока подключен к устройству отображения информации. Техническим результатом является повышение достоверности и оперативности диагностики технического состояния трубопроводов гидравлических систем и надежности летательных аппаратов. 2 ил.

Устройство акустико-эмиссионной диагностики трубопроводов гидравлических систем летательных аппаратов, состоящее из N-каналов регистрации, каждый из которых выполнен из последовательно соединенных преобразователя акустической эмиссии, установленного на контролируемый трубопровод под давлением, аналого-цифрового преобразователя, блока вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, блока вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии, двух блоков вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, устройства отображения информации, отличающееся тем, что дополнительно включен блок расчета инвариантов амплитудных параметров импульсов акустической эмиссии, в котором получены расчеты амплитудных инвариантов в процессе деформирования материала трубопровода и проведена оценка предразрушающего состояния, при этом вход блока расчета инвариантов амплитудных параметров импульсов акустической эмиссии соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход данного блока подключен к устройству отображения информации.