Мухин Иван Ефимович, профессор кафедры космического приборостроения и системсвязи,
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Ivan E. Mukhin, Professor of the Department of Space Instrumentation and CommunicationSystems,
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Коптев Дмитрий Сергеевич, старший преподаватель кафедры космического приборостроения и систем связи,
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Dmitry S. Koptev, Senior Lecturer of the Department of Space Instrumentation and Communication Systems,
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Целью исследования является анализ функциональных возможностей классических и перспективных датчиков контроля механических параметров летательных аппаратов на примере датчиков деформации и вибрации для выявления их актуальных направлений развития.
Методы исследования основаны на понятиях теории сенсорных систем, теории диагностики и прогностики технического состояния летательных аппаратов. Использованы методы многокритериального анализа, параметрического и структурного синтеза. Проанализированы принципы работы, а также функциональные возможности основных классических датчиков, используемых в летательных аппаратах для контроля параметров деформации и вибрации. Произведена критическая оценка возможностей применения анализируемых сенсоров применительно для реализации в различных задачах авиационной диагностики механических параметров.
Результаты. Установлено, что воздействие полетных нагрузок на планер и ответственные узлы летательных аппаратов сопровождается появлением скрытых деформаций в виде механических напряжений, которые разделяются на две составляющие – нормальную и тангенциальную. Получены аналитические зависимости для расчета названных величин при использовании оптоволоконных датчиков с распределенными ячейками Брэгга, преобразующими изменение собственных линейных размеров в изменение длины отраженной волны. Необходимым условием получения корректных результатов измерений является температурная компенсация ячеек, что позволяет локализовать места деформаций с точностью до расположения конкретной ячейки. Представлены практические результаты использования альтернативных датчиков обнаружения скрытых деформаций (трещин) на основе методов радиочастотной идентификации в различных частотных диапазонах.
Заключение. Развитием метода диагностики напряженно-деформируемых состояний узлов авиационного комплекса является использование частотно-доплеровских волоконно-оптических датчиков, имеющих высокое отношение сигнал/шум и сферическую диаграмму направленности, что позволит разработать технические средства мониторинга динамики внутренних деформаций контролируемых агрегатов в режиме реального времени. В качестве перспективных направлений исследований в области создания новых датчиков с новыми физическими свойствами следует рассматривать оптоволоконные брэгговские датчики с наклонной решеткой. Ключевые слова: летательный аппарат; авиационный комплекс; пьезоэлектрический тензодатчик; система радиочастотной идентификации; датчики на основе оптоволокна; ячейки Брэгга; диагностика технического состояния; планер; виброизмерения; деформация механических элементов
The purpose of research is to analyze the functionality of classical and advanced sensors for controlling the mechanical parameters of aircraft using the example of strain and vibration sensors to identify their current areas of development.
Methods. Research methods are based on the concepts of the theory of sensory systems, the theory of diagnostics and forecasting of the technical condition of aircraft. Methods of multi-criteria analysis, parametric and structural synthesis are used. The principles of operation, as well as the functionality of the main classical sensors used in aircraft to control the parameters of deformation and vibration, are analyzed. A critical assessment of the possibilities of using the analyzed sensors for implementation in various tasks of aviation diagnostics of mechanical parameters has been made.
Results. It has been established that the impact of flight loads on the airframe and critical components of aircraft is accompanied by the appearance of hidden deformations in the form of mechanical stresses, which are divided into two components: normal and tangential. Analytical dependencies are obtained for calculating the above quantities using fiber-optic sensors with distributed Bragg cells that convert the change in their own linear dimensions into a change in the reflected wavelength. A necessary condition for obtaining correct measurement results is the temperature compensation of the cells, which makes it possible to localize the places of deformations with an accuracy up to the location of a particular cell. The practical results of using alternative sensors for detecting hidden deformations (cracks) based on radio frequency identification methods in various frequency ranges are presented.
Conclusion. The development of the method for diagnosing stress-strain states of aircraft complex units is the use of frequency-Doppler fiber-optic sensors with a high signal-to-noise ratio and a spherical radiation pattern, which will allow developing technical means for monitoring the dynamics of internal deformations of controlled units in real time. As promising areas of research in the field of creating new sensors with new physical properties, fiber-optic Bragg sensors with an inclined grating should be considered.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.