Как проверяют безопасность самолетов: уникальная технология сможет выявлять дефекты в авиационных композитах
Современная авиация давно научилась создавать материалы, которые еще несколько десятилетий назад казались невозможными. Композитные конструкции легче металла, выдерживают колоссальные нагрузки и экстремальные температуры, позволяют делать самолеты экономичнее, а космическую технику — надежнее. Но вместе с появлением новых материалов возникла и новая инженерная проблема: обнаружить скрытый дефект внутри композита оказалось не менее сложной задачей, чем разработать сам материал.
О том, почему современные композитные материалы невозможно создавать без принципиально новых методов контроля качества и как цифровые технологии меняют диагностику авиационных конструкций, рассказал Константин Шрамко, ведущий инженер лаборатории «Прочность» Центра композиционных конструкций Московского авиационного института.
Когда трещину можно было услышать
История поиска скрытых дефектов началась задолго до появления самолетов и даже промышленной авиации. На протяжении многих веков мастера проверяли качество металлических изделий буквально на слух. Опытный кузнец мог определить внутренние пустоты или неоднородность металла по тому, как звенела заготовка после удара молотком. Такой способ, конечно, не позволял увидеть внутреннюю структуру материала, но для своего времени считался весьма эффективным.
По мере развития промышленности инженеры искали все более точные способы заглянуть внутрь изделия, не разрушая его. В XX веке появились рентгенография, ультразвуковой контроль, магнитопорошковый и вихретоковый методы диагностики. Они позволили обнаруживать внутренние трещины, поры и другие дефекты еще до того, как те становились причиной аварий.
Долгое время этих технологий было достаточно. Основным конструкционным материалом авиации оставались различные металлические сплавы, поведение которых хорошо изучили за десятилетия эксплуатации. Инженеры понимали, где обычно возникают наиболее опасные повреждения, как они развиваются и какими средствами их можно обнаружить.
Настоящий вызов возник тогда, когда в авиационную и ракетно-космическую технику начали массово внедрять композиционные материалы.
Они оказались значительно легче металла, позволили уменьшить массу конструкций, повысить их прочность и устойчивость к высоким температурам. Именно благодаря композитам появились современные пассажирские самолеты с большим содержанием полимерных материалов, перспективные летательные аппараты и многие элементы космической техники. Но вместе с преимуществами появилась и новая инженерная проблема.
Если развитие повреждений в металлических конструкциях обычно легче отслеживать существующими методами контроля, то композиты ведут себя совершенно иначе. Внутри материала могут образовываться микроскопические пустоты, расслоения, нарушения сцепления между армирующими волокнами и связующим, локальные разрушения структуры. На первых этапах они практически никак не проявляют себя внешне, однако именно из таких, почти незаметных изменений, со временем формируются серьезные повреждения.
По словам эксперта, развитие композиционных материалов фактически заставило инженеров заново переосмыслить всю систему контроля качества.