Ученые Пермского Политеха создали методику, позволяющую оценивать прочность композитных компонентов авиационного двигателя всего за несколько часов, в отличие от недель и месяцев, как это было ранее.
Разработка уже внедрена в производственной сфере и должна способствовать более широкому использованию легких композитов в авиастроении. Об этом сообщили в ПНИПУ.
Снижение веса является одним из наиболее эффективных способов повысить экономичность самолета: чем легче он, тем меньше расходует дорогостоящего топлива. Поэтому тяжелые металлические компоненты все чаще заменяются легкими и прочными полимерными композитами (углепластиками) — замена даже нескольких элементов позволяет уменьшить вес двигателя на несколько килограммов. Однако у композитов есть сложность: в отличие от металлов, их прочность зависит также от формы и размера изделия, поэтому по маленькому образцу нельзя сделать вывод о прочности всей детали.
Из-за этого инженерам приходится тестировать целые детали: их многократно нагружают до разрушения на специальных стендах, и такая проверка занимает недели и месяцы, требуя дорогостоящего оборудования. Именно поэтому во многих узлах по-прежнему предпочитают металл, проверка которого проще и быстрее.
Ученые ПНИПУ предложили оценивать прочность композитных деталей газотурбинного двигателя с помощью инфракрасной термографии. Метод основан на том, что под циклической нагрузкой в материале постепенно образуются микроповреждения — трещины и расслоения, из-за чего его поверхность нагревается. В момент, когда нагрев резко увеличивается, фиксируется предельная нагрузка.
«Детали из углепластика были установлены на стандартном вибростенде, имитирующем вибрации в полете, и постепенно нагружались, одновременно отслеживая нагрев поверхности с помощью тепловизора. В результате мы получили для каждой детали значение предельной нагрузки», — рассказал старший преподаватель кафедры «Авиационные двигатели» ПНИПУ Данил Соломонов.
Результаты сравнили со стандартными испытаниями тех же деталей: по словам ученых, новый метод дает результаты за несколько часов и не теряет в точности. Как отметил профессор кафедры, доктор технических наук Михаил Нихамкин, разработка оформлена в виде готовой практической методики и уже внедрена на одном из ведущих предприятий авиадвигателестроения для проектирования деталей.
Фото: hi-tech.mail.ru