СПОСОБ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ МНОГОСЛОЙНОЙ КОНСТРУКЦИИ С ЯЧЕИСТЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК G01N25/72 G01J5/48 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для неразрушающего контроля качества многослойных конструкций (МСК) с ячеистым заполнителем на основе результатов теплового контроля.

Изобретение может быть использовано для контроля авиационных многослойных конструкций с ячеистым заполнителем из полимерных композиционных материалов (ПКМ), которые, в частности, использованы в элементах планера воздушного судна типа Антонов-124 «Руслан» (Ан-124) (обтекатель антенны радиолокационной станции, обтекатели створок) как на этапах их производства, так и при эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению объект-способ является способ теплового контроля композитных материалов, включающий тепловое возбуждение материала путем введения в материал контролируемого изделия электропроводную высокосмачиваемую жидкость, воздействие на контролируемое изделие электромагнитным полем, регистрацию температурного поля контролируемого изделия, сравнение зарегистрированного температурного поля с пороговым значением температуры и выделение дефектных участков (см., например, патент RU 2616438 С1, МПК G01N 25/72, опубл. 14.04.2017).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению объект-устройство является устройство, состоящее из тепловизионного устройства, соединенного с компьютером, имеющим программное обеспечение, генератор электромагнитного излучения с подключенными к нему электродами и источник нагрева (см., например, патент RU 2616438 С1, МПК G01N 25/72, опубл. 14.04.2017).

Недостатком способа и устройства является низкая точность локализации получаемого температурного отклика, достоверности и оперативности выявления внутренних дефектов типа отрыва обшивки от заполнителя.

Технический результат способа и устройства состоит в повышении величины и точности локализации получаемого температурного отклика, достоверности и оперативности выявления внутренних дефектов типа отрыва обшивки от заполнителя.

Указанный технический результат изобретения объект - способ достигается за счет того, что в известном способе контроля многослойной конструкции с ячеистым заполнителем, включающий тепловое возбуждение многослойной конструкции, регистрацию его температурного поля и выявление дефектных участков, согласно изобретению, непосредственно перед контролем во внутренней области конструкции создают пониженное давление, далее осуществляют тепловое возбуждение путем накачивания во внутреннюю область конструкции предварительно нагретого инертного газа, при этом температура газа выше температуры окружающей среды на заданную величину.

Указанный технический результат изобретения объект - способ достигается за счет того, что во внутренней области контролируемого изделия, создают давление газа, соответствующее давлению на максимальной высоте полета воздушного судна.

Указанный технический результат изобретения объект - способ достигается за счет того, что инертный газ вводят в объеме достаточном для заполнения всего внутреннего объема многослойной конструкции с ячеистым заполнителем, в том числе дефектных областей.

Указанный технический результат изобретения объект - устройство достигается за счет того, что в известном устройстве теплового контроля многослойной конструкции с ячеистым заполнителем, включающим тепловизионное устройство, компьютер с программным обеспечением, согласно изобретению, в него дополнительно введены соединенные газовой магистралью источник инертного газа, блок нагрева газа с термодатчиком, переключатель газового потока, блок создания пониженного давления, датчик давления, штуцер и командный блок; при этом выход датчика давления подключен ко входу командного блока; первый выход командного блока подключен ко входу переключателя газового потока; второй выход командного блока подключен ко входу тепловизионного устройства подключенного к компьютеру с программным обеспечением; третий выход командного блока подключен ко входу источника инертного газа; четвертый выход командного блока подключен ко входу блока нагрева газа с термодатчиком.

Сущность изобретения объект-способ заключается в том, что непосредственно перед контролем во внутренней области конструкции создают пониженное давление, далее осуществляют тепловое возбуждение путем накачивания во внутреннюю область конструкции предварительно нагретого инертного газа, при этом температура газа выше температуры окружающей среды на заданную величину и во внутренней области контролируемого изделия, создают давление газа, соответствующее давлению на максимальной высоте полета воздушного судна, а инертный газ вводят в объеме достаточном для заполнения всего внутреннего объема многослойной конструкции с ячеистым заполнителем, в том числе дефектных областей.

Сущность изобретения объект-устройство заключается в том, что для создания пониженного давления во внутренней области конструкции и теплового возбуждения путем накачивания во внутреннюю область конструкции предварительно нагретого инертного газа дополнительно введены соединенные газовой магистралью источник инертного газа, блок нагрева газа с термодатчиком, переключатель газового потока, блок создания пониженного давления, датчик давления, штуцер и командный блок; при этом выход датчика давления 6 подключен ко входу командного блока; первый выход командного блока подключен ко входу переключателя газового потока; второй выход командного блока подключен ко входу тепловизионного устройства, подключенного к компьютеру с программным обеспечением; третий выход командного блока подключен ко входу источника инертного газа 1; четвертый выход командного блока подключен ко входу блока нагрева газа с термодатчиком.

Непосредственно перед контролем во внутренней области многослойной конструкции создают пониженное давление. Далее осуществляют тепловое возбуждение путем накачивания во внутреннюю область предварительно нагретого инертного газа. Инертный газ предварительно нагревают до температуры выше температуры окружающей среды на заданную величину.

Этим обеспечивают минимальное смешение газов различной температуры и максимальную эффективность передачи теплоты от введенного инертного газа в конструкцию, минимальное время заполнения и равномерный прогрев всей многослойной конструкции. Инертный газ исключает протекание термических реакций от взаимодействия с материалом конструкции, которые создают погрешность при тепловом контроле конструкций.

Заполнение пространства газом в область со сниженным давлением, в отличие от жидкости, исключает повреждение конструкции гидравлическим ударом; исключает образование завоздушенных «карманов», препятствующих затеканию жидкости (проникновению теплоносителя) снижающих качество контроля.

Тепловое воздействие на конструкцию оказывается введением предварительно нагретого выше температуры окружающей среды инертного газа во внутреннюю область многослойной конструкции с ячеистым заполнителем, в которой предварительно создано пониженное давление. Этим обеспечивают практически мгновенное заполнение внутреннего пространства конструкции, включая дефекты. Инертный газ исключает протекание термических реакций взаимодействия с материалом конструкции и обеспечивает высокую достоверность теплового контроля. Одновременный прогрев всей конструкции обеспечивает повышение точности и локализации температурного отклика на внешней стороне многослойной конструкции. Выполняемый двухсторонний тепловой контроль, характеризующийся большей точностью выявления дефектов, обеспечивает повышение величины и точности локализации получаемого температурного отклика.

Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, схема которого приведена на чертеже, где обозначено:

1 - источник инертного газа;

2 - блок нагрева газа с термодатчиком;

3 - переключатель газового потока;

4 - тепловизионное устройство;

5 - штуцер;

6 - датчик давления;

7 - блок создания пониженного давления;

8 - командный блок;

9 - компьютер с программным обеспечением.

В качестве тепловизионного устройства могут использоваться тепловизоры фирмы ИРТИС-2000, FLIR или аналогичные по техническим характеристикам.

Устройство работает следующим образом.

Через штуцер 5 устройство подсоединяют к внутренней области многослойной конструкции с ячеистым заполнителем. Блоком создания пониженного давления 7 (например: мембранный вакуумный насос НВМ) создают пониженное давление. При этом переключатель газового потока 3 (например: трехходовой кран с электроприводом ArmaControl MS311) держит открытым газовую магистраль от штуцера 5 к блоку создания пониженного давления 7 и закрытой магистраль проходящую от блока нагрева 2 (например: приточная установка ТА 1500 HW) с источником инертного газа 1 (например: газовый баллон). При помощи датчика давления 6 (например: SWK-P300), установленного в газовой магистрали, определяют давление во внутренней области многослойной конструкции. При снижении давления до заданного значения командный блок 8 (например: ТРМ1032М - контроллер для многоконтурных систем «ОВЕН») подает команды: на включение блока нагрева газа с термодатчиком 2 (например: приточная установка ТА 1500 HW) для нагрева газа, на включение тепловизионного устройства 4 (например: термограф ИРТИС-2000 с программным обеспечением) и компьютера с программным обеспечением 9, на закрытие переключателем газового потока 3 магистрали к блоку создания пониженного давления 7 и открытие магистрали от нагревателя 2 с источником инертного газа 1.

Контроль температурного поля на поверхности многослойной конструкции выполняют тепловизионным устройством 4, которое передает информацию на компьютер 9 с программным обеспечением, которое исходя из порогового значения температуры, определенного оператором или автоматически, делает анализ и дальнейшее заключение о качестве контролируемой многослойной конструкции.

Также возможно определение дефектных мест контакта заполнителя с обшивкой по принципу отсева грубых измерений применительно к их значениям температур.

Регистрируемое температурное поле анализируют с целью определения координат мест контакта заполнителя с обшивкой и расстояния между ними.

Предложенное устройство для теплового контроля многослойной конструкции с ячеистым заполнителем позволяет повысить величину и точность локализации получаемого температурного отклика, достоверность и оперативность выявления внутренних дефектов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для неразрушающего контроля качества многослойных конструкций (МСК) с ячеистым заполнителем на основе результатов теплового контроля. Способ включает: тепловое возбуждение многослойной конструкции, регистрацию его температурного поля и выявление дефектных участков. Причем непосредственно перед контролем во внутренней области конструкции создают пониженное давление, а далее осуществляют тепловое возбуждение путем накачивания во внутреннюю область конструкции предварительно нагретого инертного газа, при этом температура газа выше температуры окружающей среды на заданную величину. Также предложено устройство теплового контроля многослойной конструкции с ячеистым заполнителем, включающее тепловизионное устройство 4 и компьютер с программным обеспечением 9. Для создания пониженного давления во внутренней области конструкции и теплового возбуждения путем накачивания во внутреннюю область конструкции предварительно нагретого инертного газа устройство дополнительно включает соединенные газовой магистралью источник инертного газа 1, блок нагрева газа с термодатчиком 2, переключатель газового потока 3, блок создания пониженного давления 7, датчик давления 6, штуцер 5 и командный блок 8. Технический результат - повышение величины и точности локализации получаемого температурного отклика, достоверности и оперативности выявления внутренних дефектов типа отрыва обшивки от заполнителя. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля многослойной конструкции с ячеистым заполнителем, включающий тепловое возбуждение многослойной конструкции, регистрацию его температурного поля и выявление дефектных участков, отличающийся тем, что непосредственно перед контролем во внутренней области конструкции создают пониженное давление, далее осуществляют тепловое возбуждение путем накачивания во внутреннюю область конструкции предварительно нагретого инертного газа, при этом температура газа выше температуры окружающей среды на заданную величину, причем пониженное давление во внутренней области конструкции и тепловое возбуждение путем накачивания во внутреннюю область конструкции предварительно нагретого инертного газа создают посредством устройства теплового контроля, включающего тепловизионное устройство, соединенные газовой магистралью источник инертного газа, блок нагрева газа с термодатчиком, переключатель газового потока, блок создания пониженного давления, датчик давления, штуцер и командный блок, при этом выход датчика давления подключен ко входу командного блока; первый выход командного блока подключен ко входу переключателя газового потока; второй выход командного блока подключен ко входу тепловизионного устройства, подключенного к компьютеру с программным обеспечением; третий выход командного блока подключен ко входу источника инертного газа; четвертый выход командного блока подключен ко входу блока нагрева газа с термодатчиком.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во внутренней области контролируемого изделия создают давление газа, соответствующее давлению на максимальной высоте полета воздушного судна.

3. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что инертный газ вводят в объеме, достаточном для заполнения всего внутреннего объема многослойной конструкции с ячеистым заполнителем, в том числе дефектных областей.

4. Устройство теплового контроля для осуществления способа теплового контроля многослойной конструкции с ячеистым заполнителем по п. 1, включающее тепловизионное устройство, компьютер с программным обеспечением, отличающееся тем, что для создания пониженного давления во внутренней области конструкции и теплового возбуждения путем накачивания во внутреннюю область конструкции предварительно нагретого инертного газа устройство дополнительно включает соединенные газовой магистралью источник инертного газа, блок нагрева газа с термодатчиком, переключатель газового потока, блок создания пониженного давления, датчик давления, штуцер и командный блок; при этом выход датчика давления подключен ко входу командного блока; первый выход командного блока подключен ко входу переключателя газового потока; второй выход командного блока подключен ко входу тепловизионного устройства, подключенного к компьютеру с программным обеспечением; третий выход командного блока подключен ко входу источника инертного газа; четвертый выход командного блока подключен ко входу блока нагрева газа с термодатчиком.