Автоматизированные системы контроля состояния конструкции планера летательного аппарата (2003)
Подполковник А. Катин
Одно из основных требований, предъявляемых к современным и перспективным образцам авиационной техники, - обеспечение высокой надежности, ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности. По мнению американских специалистов, эту задачу можно решить при помощи встроенных объединенных систем контроля технического состояния конструкции планера летательного аппарата (ЛА), параметров работы двигателей и различных бортовых систем.
Их применение будет способствовать повышению безопасности полетов, снижению трудозатрат и сокращению времени технического обслуживания самолета (вертолета), что, в свою очередь, обеспечит снижение стоимости жизненного цикла ЛА.
Основной задачей бортовых автоматизированных систем контроля состояния конструкции планера является оценка в реальном масштабе времени повреждений конструкции планера, полученных как в процессе эксплуатации, так и во время боевых действий, а также контроль выработки ресурса конструкции.
Разработка такой системы стала возможной благодаря созданию датчиков различных видов и компактной быстродействующей вычислительной техники. Считается, что она будет включать систему датчиков, правильный подбор и размещение которых обеспечат своевременное выявление повреждений, устройства предварительной обработки информации и реализованную на базе высокопроизводительного процессора экспертную систему с соответствующим программным обеспечением и базой данных.
По мнению разработчиков, в таких диагностических системах наиболее широкое применение найдут акустические, волоконно-оптические и электрохимические датчики, акселерометры, тензодатчики, индикаторы усталости, датчики температуры и давления. В частности, использование электрохимических датчиков позволит обнаруживать коррозию конструкции ЛА. Повреждения фюзеляжа, имеющие значительную площадь (пробоины, разрывы и т. д.) и вызывающие перераспределение нагрузок в конструкции планера, эффективно выявляются с помощью тензодатчиков, а также акустического или оптического методов контроля.
Данные о состоянии конструкции планера, полученные от датчиков, поступают в устройства предварительной обработки информации, где преобразуются в цифровую форму.
Далее посредством экспертной системы выявляется дефект или повреждение, определяется его местоположения и оценивается степень повреждения. Она содержит соответствующие алгоритмы анализа информации, а также базу данных, в которой хранится вся информация о местных нагрузках, свойствах конструкционных материалов, прочностных характеристиках узлов и деталей планера самолета, выявленных в ходе полномасштабных испытаний конструкции планера на усталостную прочность и его последующей эксплуатации. На основе результатов анализа данных от датчиков и сравнения их с информацией, содержащейся в базе данных, экспертная система делает вывод об обнаружении дефекта и информирует экипаж ЛА о степени серьезности повреждения, вырабатывает рекомендации техническому персоналу по его устранению и о проведении дополнительных проверок. В случае выявления повреждения узла или детали, не вошедших в базу данных, экспертная система оценивает его по ближайшему "учтенному" аналогичному элементу конструкции.
Реализуемость подобной системы, а также эффективность функционирования ее прототипа была проверена в ходе испытаний на усталостную прочность основных элементов планера тактического истребителя F/A-18E и F. В частности, использование системы акустических датчиков позволило обнаружить появление трещин шпангоута фюзеляжа самолета в начальной фазе их образования.
Кроме того, эффективно выявлялись дефекты, достаточно удаленные от мест установки этих датчиков. Предметом исследований был титановый силовой шпангоут фюзеляжа размером 2 540 х 1 524 мм. Оценка данного узла включала всесторонние испытания на усталостную прочность в течение 12 000 ч (два срока службы планера самолета) и последующее дополнительное нагружение (6 000 циклов) с постоянной амплитудой. При этом первые усталостные трещины появились только после дополнительных нагрузок (1 000 циклов).
Зарубежные эксперты также отмечают, что применение систем контроля состояния конструкции ЛА помимо своевременного обнаружения различных дефектов и повреждений обеспечит значительное сокращение эксплуатационных расходов благодаря снижению трудозатрат и уменьшению времени обслуживания. В частности, по оценкам разработчиков, использование таких систем на истребителях F/A-18 (в расчете на 1 000 самолетов) позволит ежегодно экономить более 35 млн долларов, а на учебно-тренировочных самолетах Т-38 (720 машин) - 9 млн. Кроме того, это даст возможность выявлять серьезные дефекты и повреждения в процессе летной и наземной эксплуатации и своевременно информировать о них летчика и технический персонал с целью предотвращения летных происшествий и аварий. Размеры сэкономленных средств в таком случае определить достаточно сложно.
Однако, по мнению специалистов, предотвращение потерь авиационной техники в результате аварий и катастроф компенсирует затраты на оснащение подобными системами всего самолетного парка.