Лекция 17. Методы неразрушающего контроля

Вопрос 1. Методы течеискания

Методы контроля течеисканием направлены на поиск неисправностей, вызывающих нарушение герметичности, т. е. способности оболочки и мест ее соединения препятствовать проникновению через них жидкости или газа. Наиболее широко при ремонте самолетов и вертолетов применяются следующие способы течеискания: манометрический, пузырьковый, галоидный или химический.

Манометрический метод.Приэтом методе создается избыточное давление жидкости или газа в полости испытуемого узла или агрегата (трубопровода, топливного бака, фюзеляжа самолета, кессон-бака крыла) идается выдержка в течение определенного вре­мени. Параметры испытаний устанавливаются техническими усло­виями для каждого конкретного случая. Например, для бака, трубопроводов течь не допускается, падение давления не должно про­исходить. Для фюзеляжа добиться абсолютной герметичности не­возможно, поэтому допускается некоторое падение избыточного давления в течение ограниченного времени. Для более контрастного выявления мест негерметичности в пробную жидкость, которой за­полняют испытуемый объем, добавляют люминофор. По его свечению определяют точные координаты дефекта.

Герметичность системы наддува гидробаков самолета Ту-154 проверяют в течение 30 мин под давлением в баллонах 1,2—1,5 МПа. Падение давления за это время не должно превышать 0,02 МПа.

Давление газа используется во встроенных диагностических устройствах для контроля целостности конструкции. Например, трубчатые лонжероны лопасти несущего винта вертолета заполняются нейтральным газом и герметически после этого закрываются. Давление снижается в том случае, когда появляется несплошность: трещина, свищ, пора. Сигнализатор давления в момент нарушения герметичности даст сигнал. Поскольку разрушение происходит во времени, при индикации сигнала можно принять решение о дальнейших действиях. При таком способе контроля могут быть выявлены дефекты с диаметром 10^-3 мм. Чувствительность контроля зависит от времени выдержки под давлением и повышается с его увеличением.

На рис. 58 и 59 представлены схемы проверки герметичности гермокабины самолета и кессон-бака крыла.

Рис 58. Схема проверки герметичности гермокабины:

1– редуктор; 2 – предохранительный клапан; 3 – кран; 4, 7 – манометра; 5, 8 – вентили;

6 – дросселирующее устройство; 9, 10 – трубопровод

Рис.59. Схема проверки герметичности кессон-бака крыла:

1,4 – краны; 2 – манометр; 3 – редуктор; 5 – обратный клапан; 6 – смеситель; 7 – шланг;

8 – кессон-бак; 9, 10, 11, 12 – галоидный течеискатель

Пузырьковый метод.Этот метод нашел широкое применение при дефектоскопии закрытых емкостей или воздуховодов большого диаметра. Такие испытания проводятся либо погружением их в жидкость, либо обмазкой нейтральной мыльной пеной. Применяют также специальную дисперсную массу (смесь пенообразующего вещества, глицерина, каолина, двуокиси титана, метилового красителя и ингибитора-хромпика) или контрольную массу на основе латексов. Применение таких масс повышает чувствительность метода до 7·10^-4 МП а/с.

Во всех этих случаях появление пузырьков, вздутий, кратеров впленке свидетельствует о наличии негерметичности и дает возможность определить место расположения дефекта. При этом в испытуемую емкость подают воздух, азот или другие газы.

Галоидный метод. Этот метод основан на принципе поиска утечек индикаторного газа с помощью специальных приборов – галоидных течеискателей. Емкости заполняются смесью нейтрального и индикаторного газов, например смесью фреона и азота. Рассмотрим принцип действия прибора на основе галоидного течеискателя. На рис. 60 показана схема такого искателя. При наличии течи пробный газ, в котором имеется галоид 1, из испытуемого изделия попадает в течеискатель. Молекулы газа бомбардируются электронами, испускаемыми нитью 3, нагреваемой электротоком, подводящимся через проводник 2. Пучок образованных в результате этой бомбардировки ионов ускоряется, проходя между полюсами магнита 4. Магнит настроен так, что отбираются только ионы галоида, образующие поток 5, который попадает в мишень 6. В результате в мишени возникает слабый ток, подающийся к усилителю через проводник 7. Усиленный сигнал передается к гальванометру и к звуковому сигнализатору. Дефектовщик может судить о наличии течи не только по отклонению стрелки прибора, но и по звуко­вому сигналу, для чего к течеискателю придаются наушники. Этот способ поиска течей весьма чувствителен. С его помощью можно обнаружить утечку гелия менее 1 см³ пробного газа в год при нормальной температуре идавлении. Метод улавливает даже микротечи, не имеющие прак­тического значения. Поэтому прибор загрубляют, настраивая его по эталону-образцу.

Химический метод.Он основан на индикации течей с помощью химических реакций. В этом случае используют воздействие аммиака на индикаторное вещество, в результате чего последнее изменяет свой цвет. Объем, подлежащий проверке на герметичность, заполняют смесью воздуха и аммиака и на контролируемою поверхность накладывают индикаторную ленту. При наличии течей на ленте появятся пятна малинового цвета.

Рис. 60. Схема работы гелиевого течеискателя

Вопрос 2. Другие виды неразрушающего контроля

Голография.Термин «голограмма» происходит от греческого слова holos, что значит полный. В обычной фотографии трехмерная картина преобразуется в двухмерное изображение, голография сохраняет ее трехмерность. Получение четкого изображения при голографии состоит из двух процессов: получения го­лограммы и восстановления. Принципиальная схема установки для получения голограммы приведена на рис. 61.

Световой пучок от лазера 6 попадает на светоделительную пластину 1 и расщепляется на два. Один пучок, используемый для освещения объекта, про­ходит через оптическую систему 3 и, отражаясь от освещенного контролируемого объекта 4, попадает на светочувствительную пластину 5. Этот пучок называется предметным. Второй пучок, называемый опорным, отражается от зеркала 2, проходит через оптическую систему 3 также на светочувствительную пластину.

В результате интерференции двух световых потеков получается изображение в виде интерференционных полос, содержащее полную информацию о наружной поверхности контролируемого объекта. Получение четкого изображения из голограммы называется процессом восстановления. Обработанную фотографическую пластину (голограмму) используют для восстановления трехмерного изображения контролируемого объекта.

На рис. 62 показана схема процесса восстановления. На голограмму 2 по­дается пучок света от лазера 4, и наблюдатель 1 видит мнимое трехмерное изображение объекта, ничем не отличающееся от действительного. Таким образом, голограмма является как бы окном, через которое можно наблюдать объект.

Рис.61. Схема получения голограммы

Рис. 62. Схема восстановления трехмерного изображения

с использованием голограммы

Наличие в контролируемой детали 3 поверхностной или близкой к поверхности трещины, а также деформации вызывает искажение расположения интерференционных полос, где находился дефект. Это дает возможность следить за развитием трещины в динамике, наблюдать ход ее развития. Это свойство голографии эффективно можно использовать в условиях, когда непосредственное наблюдение затруднено из-за окружающих условий, например в авиадвигателях. Преимуществом этого метода является возможность контролировать всю область, а не только отдельные точки, получать объемное изображение исследуемого объекта. С появлением лазеров голографические исследования интенсивно развиваются и находят все большее применение. Сдерживающим фактором является то, что на четкость изображения влияют малейшие вибрации, исключить которые в производственных условиях не всегда возможно. Поиск оптимальных схем для широкого применения голографии ведется во многих областях науки и техники.

Применение лазерной техники. В авиационной промышленности, кроме голо­графии, лазеры широко применяются для измерений и координации. Например, точный монтаж узлов стапельной оснастки и другого объемного оборудования осуществляется с помощью лазера. Его прямой, без отклонений, луч направляется в заданную точку, регистрируется, давая при этом высокую точность. С течением времени, по мере накопления знаний и опыта, области применения лазеров все более расширяются. При ремонте авиационной техники лазеры нашли применение для выполнения инструментальных измерений в лабораторных условиях

Обычное измерение длин, радиусов, особенно на внутренних поверхностях гаек шариковинтовых подъемников, – операция весьма трудоемкая. Настройка инструментальных микроскопов, отсчеты для каждого измерения, которых на одной детали может быть несколько, занимают немало времени. Для повышения производительности труда на базе инструментального микроскопа построена система с использованием луча лазера и электронного устройства для автоматической регистрации измерений. Принцип ее работы основан на регистрации начального и конечного измерений интерференционных полос на голограмме.

На рис. 63 представлена принципиальная схема измерительного устрой­ства. Пучок света от лазера 7, проходя через светоделительную пластину 1, раз­деляется на два пучка. Один, опорный, отражаясь от зеркала 2, пройдя через оптическую систему 3, попадает на пластину 5, изготовленную из матового стекла. Второй пучок, предметный, пройдя через оптическую систему 3, попада­ет на измеряемую поверхность 4, отразившись от которой, попадает также на матовую пластину 5. Здесь получается интерференционное изображение, как и на голограмме. Это изображение регистрируется через волоконные световоды 6 фотоэлементами электронного устройства. При передвижении измерительного устройства из положения А в положение Б интерференционное изображение соответственно изменится на длину перемещения А–Б, что и будет за­фиксировано фотоэлементами. Полученный оптический сигнал преобразуется в электрический, и на табло устройства появится цифра, определяющая длину перемещения с точностью до 0,1 мкм.

Среди бесконтактных методов контроля лазерные методы являются весьма перспективными и бурно развиваются. В самолетостроении лазеры используются для сборки самолетных конструкций, монтажа технологической оснастки, стыковки и невелировки самолета и т. п.

Рис. 63. Принципиальная схема измерительного устройства с использованием лазера

При ремонте могут быть применены лазерные центрирующие измерительные системы (ЛЦИС) – наиболее универсальное измерительное средство. При измерениях с помощью этой системы в качестве эталона прямолинейности ис­пользуется энергетическая ось лазерного луча. На рис. 64 дана схема нивели­ровки с помощью ЛЦИС, которая производится на специально выделенной площадке. Самолет, установленный в линию полета, нивелируется по реперным точкам с помощью лучей лазера 7, передвигающегося по измерительной линей­ке 2. У каждого излучателя устанавливается специальная призма на крон­штейне, имеющем три степени свободы. Призма позволяет ориентировать луч в нужном направлении. Когда на площадку устанавливается самолет, луч на­правляется на реперную точку и по линейкам ведется отсчет.

Рис. 64. Нивелировка с помощью ЛЦИС

ЛИТЕРАТУРА

1. К.Я. Орлов, В.А.Пархимович. Ремонт самолетов и вертолетов. – М.: Транспорт, 1986.

2. Н.Л.Голего. Ремонт летательных аппаратов – М.: Транспорт, 1984.

****************************************************************

TEMA 6

ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ

ДИАГНОСТИРОВАНИЯ САМОЛЕТОВ

Лекция 18. Диагностирование планера и систем ВС

Вопрос 1. Диагностирование планера

Наиболее простой вид диагностического контроля узлов и элементов планера – визуальный. Он позволяет выявить значительное число дефектов, таких, как трещины, коррозионные повреждения, целостность болтовых, сварных, заклепочных соединений и пр.

Визуальный контроль выполняют обычно в местах, подверженных наибольшим нагрузкам в процессе работы. Основными видами нагрузок для планера являются ударные (фюзеляж, шасси, силовые элементы планера), повторно-статические (консоли крыла, оперения) и многоцикловые (обшивка, несиловые элементы планера).

В связи с этим визуальному диагностическому контролю обычно подвергаются:

на фюзеляже – верхние и нижние части обшивки, стыковочные узлы, швы и окантовки люков;

на шасси – подкосы, сварные швы, рычаги, шарнирные узлы, авиа-. шины;

на оперении – обшивка корневой части, узлы крепления стабилизатора и подвески рулей;

на консолях крыла – узлы механизации предкрылков, закрылков, интерцепторов, состояние обшивки.

Техническое состояние заклепочных соединений оценивают по таким внешним признакам, как наличие "шлейфа", образование "венчика" (заершенности) заклепок, подтекание керосина через заклепки.

Визуальному контролю подвергаются также магистрали гидрогазовых систем, элементы системы управления (тросы, качалки и др.).

Диагностический контроль механических систем, узлов и элементов планера осуществляют обычно с помощью функционального диагностирования, включающего в себя проверку режима работы, динамики исполнения команд и т. д. При функциональном диагностировании попутно осуществляется визуальный контроль правильности сопряжения элементов, степени их взаимной приработки, степени сохранения рабочих зазоров, наличия нежелательных люфтов, остаточных деформаций, износа и т. д.

Ответственные узлы и элементы планера проверяют методами неразрушающего контроля по специально разработанным технологиям.

Руководящей документацией по неразрушающему контролю планера и его систем является Альбом карт контроля. В альбоме указаны: вид повреждений, их критические размеры, аппаратура, технология проверок состояния участков и элементов систем планера. Одним из главных моментов является назначение режимов диагностического контроля планера (периодичность и объем диагностических проверок).

Учитывая, что ресурс планера вырабатывается индивидуально в за­висимости от повреждаемости каждого экземпляра, особую актуальность приобретает составление программ индивидуальных проверок планера и его частей. Такая программа зависит от условий эксплуатации планера и уровня развития производственной базы предприятия, к которому приписан самолет.

Анализ повреждаемости планера начинается с учета назначенного ресурса, этапов его подтверждения, серии, даты выпуска, перечня выполненных доработок. Учитывают также сведения о применяемых материалах, их эксплуатационной надежности. При анализе текущих и перспективных состояний планера отдельно рассматривается подверженность конструкции длительным, усталостным, коррозионным, износовым повреждениям.

При анализе длительной и усталостной повреждаемости составляют перечни опасных зон и элементов, влияющих на безопасность полетов. При анализе коррозионной повреждаемости устанавливают зоны, подвергаемые различным видам коррозии, способы ее обнаружения, согласовывают предельные размеры коррозионных пятен, а также допустимую глубину коррозии.

При анализе износовой повреждаемости определяют перечень элементов, подвергающихся опасному износу, согласовывают методы измерения, степени изнашивания, а также предельные значения износов. Анализируют также условия летной эксплуатации планера, влияющие на характер повреждающих нагрузок. В частности, для прогнозирования повреждений от длительно приложенных нагрузок и усталости фиксируют:

дальность беспосадочного полета;

характеристики нагружения в цикле «земля-воздух-земля»;

продолжительность и частоту рейсов;

допустимые перегрузки (по данным самописцев).

Для прогнозирования степени износа подвижных элементов планера необходимо знать число циклов срабатывания систем механизации крыла, открытия – закрытия дверей, люков, форточек, время работы в условиях повышенной запыленности и повышенных наружных температур.

Для прогнозирования коррозионных повреждений учитывают: кли­матические зоны базирования и транзитных стоянок, маршруты полетов в районах, загрязненных промышленными газами, попадание в районы выпадения кислотных дождей.

Одновременно с этим оцениваются производственные возможности эксплуатационного предприятия, оказывающие влияние на режимы ди­агностических проверок, определяемые наличием: диагностических средств и их соответствия требованиям транспортабельности, портативности, автономности питания; необходимой производственной площади, соответствующих технологий и квалифицированных кадров.

Назначение видов и объемов диагностических работ производится на основании моделей развития различного вида повреждений с учетом вышеперечисленных факторов.

Важным этапом комплексной программы летных испытаний является изучение напряженно-деформируемого состояния (НДС) конструкций планера в полете. Параметры, характеризующие НДС в первую очередь, – относительные деформации и механические напряжения в различных точках конструкции. Деформации определяют косвенно, путем фиксации линейных перемещений точек конструкции. Механические напряжения оценивают по формулам пересчета.

В практике исследования параметров НДС применяют различные методы (хрупкие тензочувствительные или оптически чувствительные покрытия, метод муаровых полос). Однако они, как правило, не позволяют достаточно точно измерить линейные перемещения одновременно сотен точек конструкции. Поэтому наиболее широкое применение нашли методы измерения деформаций с помощью тензометрических преобразователей. Последние удовлетворяют требованиям точности, чувствительности; они не искажают поле измеряемых деформаций, не реагируют на воздействие окружающей среды, имеют малые габаритные размеры. Из всех видов тензометрических преобразователей наиболее приемлемыми для измерения НДС в полете являются тензорезисторы (рис. 65).

Принцип действия тензорезисторов основан на зависимости электри­ческого сопротивления их чувствительного элемента от деформаций.

При испытаниях применяют проволочные и фольговые тензорезисторы. В качестве чувствительных элементов чаще всего используют константан. Тензорезисторы состоят из подложки 2, чувствительного элемента 1 и выводных проводников 3. База тензорезисторов (длина чувствительного элемента) 5 ... 30 мм. Номинальный ток проволочных тензорезисторов, как правило, 30 мА, максимально допустимые деформации не должны превышать ±0,3 %.

Рис. 65. Проволочный тензорезистор

Вопрос 2. Диагностирование систем ВС

Опыт эксплуатации показывает, что характерными изменениями параметров функционирования жидкостных систем, которые способствуют развитию опасного отказа, являются: давление в нагнетающей магистрали, не соответствующее ТУ, подача насосов меньше допустимой, давление в сливной магистрали, внешняя или внутренняя негерметичность, пульсация давления за насосом, силы трения исполнительного механизма, загрязненность рабочей жидкости, повышенная температура рабочей жидкости.

В процессе диагностирования жидкостных систем на первом этапе их разделяют на классы не различающихся между собой неисправностей. Число неисправных состояний в каждом из классов определяет требуемую глубину поиска или глубину диагностирования. Как правило, глубина поиска ограничивается отдельными агрегатами (элементами) системы. При нахождении отказавшего агрегата его заменяют на исправный или проводят предусмотренные регулировки.

Для проведения диагностирования жидкостных систем необходимым условием является выявление процессов их повреждаемости при эксплуатации. Оценку повреждаемости наиболее удобно проводить с помощью аналитических описаний или графоаналитических представлений изменения основных свойств элементов жидкостных систем, которые называют диагностическими моделями. В качестве диагностических моделей сложных жидкостных систем могут рассматриваться дифференциальные уравнения, логические соотношения, диаграммы прохождения сигналов, графы причинно-следственных связей и др.

Средства контроля технического состояния жидкостных систем разделяют на стационарные, переносные и встроенные. При диагностировании жидкостных систем в условиях эксплуатации используют переносные и встроенные средства. Переносные могут быть универсальными и специализированными. Спе­циализированные средства обычно проще по конструктивному исполнению и имеют меньшую стоимость.

Большинство диагностических параметров, характеризующих состояние жидкостных систем, – неэлектрические величины (давление, температура, расход рабочей жидкости, степень ее загрязнения и т. п.). Для удобства измерения, обработки и индикации диагностических параметров необходима трансформация функциональных параметров в электрические сигналы. Эту функцию исполняют датчики. Они классифицируются по принципу действия, назначению, характеру применения, параметрам измерения. По принципу действия датчики классифицируют следующим образом:

потенциометрические (давление, линейные и угловые скорости);

тензорезисторные (относительные перемещения);

электроконтактные (скорости перемещения исполнительных меха­низмов);

индуктивные (давление, линейные перемещения);

трансформаторные (линейные перемещения, давление, расходы);

магнитоупругие (усилия, моменты);

индукционные (частота вращения);

пьезоэлектрические (пульсации давления, вибрации) ;

термопары (температура);

термосопротивления (температура);

фотоэлектрические (частота вращения);

механотронные (малые перемещения);

частотные стробоскопические (частота вращения) ;

ультразвуковые (расход, параметры рабочей жидкости).

ЛИТЕРАТУРА

В.А. Пивоваров. Повреждаемость и диагностирование авиационных конструкций. – М.: Транспорт, 1994.

****************************************************************