Автоматизований інформаційно-вимірювальний комплекс для проведення оперативного контролю технічного стану консольно закріплених конструкцій планера літального апарату

Размещено на http://allbest.ru

Автоматизований інформаційно-вимірювальний комплекс для проведення оперативного контролю технічного стану консольно закріплених конструкцій планера літального апарату

Коломійцев О.В. Коломійцев Олексій Володимирович д-р техн. наук, професор, Заслужений винахідник України, професор кафедри комп'ютерна інженерія та програмування Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна, Комаров В.О. Комаров Володимир Олександрович канд. техн. наук, Заслужений винахідник України, начальник науково-дослідного відділу Центральний науково-дослідний інститут озброєння та військової техніки Збройних Сил України, Україна, Гордієнко А.М. Гордієнко Андрій Миколайович канд. військ. наук, начальник науково-дослідного відділу Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна,

Кулєшов О.В. Кулєшов Олександр Васильович канд. військ. наук, доцент, провідний науковий співробітник науково-дослідного відділу Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна,Клівець С.І. Клівець Сергій Іванович канд. техн. наук, науковий співробітник науково-дослідного відділу Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна, Шулежко А.В. Шулежко Андрій Васильович науковий співробітник науково-дослідного відділу Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна,

Олійник Р.М. Олійник Руслан Михайлович начальник науково-дослідного відділу Державний науково-дослідний інститут випробувань і сертифікації озброєння та військової техніки, Україна,Живець Ю.М. Живець Юрій Михайлович старший науковий співробітник науково-дослідного відділу Державний науково-дослідний інститут випробувань і сертифікації озброєння та військової техніки, Україна, Шумигай О.В. Шумигай Олександр Вікторович науковий співробітник науково-дослідного відділу Державний науково-дослідний інститут випробувань і сертифікації озброєння та військової техніки, Україна

Анотація

У статті розглядається необхідність впровадження у систему технічного обслуговування літальних апаратів автоматизованого інформаційно-вимірювального комплексу для проведення оперативного контролю технічного стану консольно закріплених конструкцій планера літального апарату - крила та елементів хвостового оперення на предмет виявлення експлуатаційних пошкоджень у їх силових елементах, що недоступні для візуального огляду - закриті обшивкою. Виявлення експлуатаційних пошкоджень крила і елементів хвостового оперення пропонується проводити за допомогою методу контролю частоти власних коливань.

Ключові слова: літальний апарат, крило, силовий набір, технічний стан, діагностика, засоби контролю, оперативний контроль, неруйнівний контроль, частота власних коливань.

Численні публікації у відкритих джерелах видання [1] та мережі Інтернет свідчать про те, що найближчим часом розвиток авіабудування у країнах з розвиненою авіаційною промисловістю ознаменується створенням літальних апаратів (ЛА) військового призначення п'ятого покоління.

Проведений аналіз відомих публікацій за цім напрямком дає підстави вважати, що експлуатуючі організації при освоєнні ЛА п'ятого покоління зіткнуться із суттєвими відмінностями у забезпеченні їх технічного обслуговування (ТО), порівняно з ЛА попередніх поколінь. Такі відмінності, у першу чергу, пов'язані з необхідністю розробки та впровадження відповідних методів і інтегрованих засобів контролю технічного стану ЛА як єдиного функціонуючого об'єкта.

Для забезпечення необхідної ефективної діяльності у даному напрямку актуальним є розробка та впровадження інформаційно-діагностичного комплексу, який призначений для забезпечення ТО ЛА.

Комплекс є практичною конкретизацією основних положень концепції розвитку експлуатаційного контролю технічного стану ЛА, що включає в себе як розробку та впровадження інформаційної підтримки життєвого циклу виробів авіаційної техніки, так і розробку автоматизованого інформаційно-вимірювального комплексу (АІВК).

АІВК забезпечить проведення оперативного контролю технічного стану консольно закріплених конструкцій планера ЛА з метою виявлення експлуатаційних пошкоджень у силових елементах високонавантажених конструкцій планера, здебільшого, крила та хвостового оперення - у консольно закріплених конструкціях планера ЛА.

Головну роль у вирішенні завдань контролю технічного стану ЛА п'ятого покоління приділяється бортовій автоматизованій системі контролю.

До складу такої системи контролю має входити обладнання для технічної діагностики за параметрами, які є найбільш чутливими до пошкоджень елементів силового набору крила ЛА - за частотами власних коливань [2].

АІВК для проведення оперативного контролю технічного стану консольно закріплених конструкцій планера ЛА призначений для контролю технічного стану ЛА протягом усього періоду експлуатації та інформаційного забезпечення обслуговування парку ЛА за технічним станом.

До завдань АІВК щодо контролю технічного стану зазначених конструктивних елементів планера ЛА відносяться:

- збір, отримання та обробка діагностичної інформації з оцінюванням параметрів технічного стану конструктивних елементів планера ЛА на усіх етапах його експлуатації;

- контроль технічного стану функціонування конструктивних елементів планера ЛА із встановленням фактів виходу їх параметрів за індивідуальні допуски об'єкта контролю (поглиблений контроль працездатності - наявність експлуатаційних ушкоджень);

- пошук відмов (виявлення появи експлуатаційних пошкоджень у силових елементах конструкції) та визначення норм виходу контрольованих параметрів за встановлені експлуатаційні і індивідуальні для конкретного об'єкта контролю;

- оцінка тенденцій змін показників поточного технічного стану консольно закріплених конструкцій планера ЛА для визначення обсягу та термінів профілактичних робіт (прогнозування);

- формування баз даних (БД) про технічний стан парку експлуатованих ЛА;

- контроль дотримання правил експлуатації ЛА льотним та інженерно- технічним складом.

Отже, до складу АІВК має входити наступне обладнання (рис. 1):

1 - діагностичне (обладнання для збудження коливань конструкції ЛА з власною частотою);

2 - контрольно-перевірочне (електронно-обчислювальна машина (ЕОМ) або бортовий пристрій реєстрації діагностичних параметрів, пристрій обробки інформації, апаратура, що записує тощо) [3].

Розміщення діагностичного обладнання на крилі ЛА типу МіГ-29 показано на рисунку 2, де: на лівій консолі крила ЛА показана схема закріплення обладнання 1 для збудження у комплексі згинальних і крутильних коливань по першому тону коливань, а на правій консолі - обладнання 2 для збудження у комплексі згинальні і крутильних коливань по другому і третьому тону (обладнання конструктивно не відрізняється між собою) [4].

Рис. 1. Комплект обладнання, що входить до складу АІВК

Рис. 2. Схема розміщення діагностичного обладнання на консолях крила літака типу МіГ-29

При цьому, АІВК повинен бути сукупністю взаємопов'язаних між собою вимірювальних, обчислювальних та інформаційно-довідкових засобів забезпечення ТО ЛА, що базуються на сучасних інформаційних технологіях.

Запропонована конструкція АІВК дозволить застосовувати його на різних типах ЛА (наприклад, на Су-25 - рисунок 3, на Ан-178 - рисунок 4 та на Ан-26 - рисунок 5).

Рис. 3. Розміщення АІВК на літаку типу Су-25

Рис. 4. Розміщення АІВК на літаку типу Ан-178

Підключення обладнання, що входить до складу АІВК, приведено на рисунках 5-7.

АІВК (з урахуванням даних, що отримані з наземного пристрою обробки польотної інформації, яка накопичена у бортовому пристрої реєстрації) дозволить контролювати справність крила ЛА (появу пошкоджень у силових елементах) та максимально забезпечить можливість оперативного ухвалення рішення про виліт ЛА у черговий політ (з наявним рівнем залишкової міцності крила). При цьому, крило та конструктивні елементи хвостового оперення ЛА передбачається діагностувати на наземних автоматизованих засобах контролю, використовуючи такі діагностичні параметри, як частота власних коливань, амплітуда коливань та форми коливань. контроль технічний літальний військовий крило

Рис. 5. Розміщення АІВК на літаку типу Ан-26

Рис. 6. Обладнання, що входить до складу АІВК

Рис. 7. Схема винесення постійного магніту із зони магнітного поля N/S, що створюється електромагнітами

До складу АІВК, що запропоновано (рис. 5-7), як варіант конструктивного виконання можуть входити: дві пари силових електромагнітів (електровібраторів) 1, кожна з яких закріплена на силовій основі на спеціальних механізмах 2, що дозволяють плавно змінювати зазор між силопередаючим важелем 3 (закріпленим жорстко на об'єкті контролю - на крилі 4 ЛА) і зазначеними силовими електромагнітами 1 у кожній з пар.

До складу обладнання для збудження коливань крила ЛА з власною частотою (за вигинною та крутильною формами) також входять індукційні датчики 5, закріплені на силовій рамі 6, на спеціальному механізмі 7, що дозволяє плавно змінювати зазор між ними та постійним магнітом 8, який розташовується між зазначеними індукційними датчиками 5. Зазначений механізм 7 може встановлювати індукційні датчики 5 як вздовж об'єкта контролю 4 (по вісі жорсткості (ВЖ)), так і поперек (вздовж поздовжньої вісі силопередаючого важеля 3).

Конструктивно постійний магніт 8 винесений за допомогою кронштейна 9 із зони магнітного поля N/S, що створюється електромагнітами 1 (рис. 7).

Також, до складу зазначеного обладнання входять: підсилювач низької частоти (ПНЧ) 10, фазоінвертор 11 (входить до складу ПНЧ 10), електронно- рахунковий частотомір (ЕРЧ) 12, джерела струму 13 і 14 (відповідно, постійного струму 27 В - для живлення ПНЧ 10, і змінного струму напругою 220 В 50 Гц - для живлення ЕРЧ 12) та електричні дроти 15.

Прилади, що входять до складу АІВК, повинні за своїми характеристиками забезпечувати необхідні точність отриманої інформації, величину корисного сигналу, достатню кількість вимірюваних величин та мати великий частотний діапазон. Датчики повинні забезпечувати високу точність перетворення вимірювальної фізичної величини у придатну для подальшої обробки у приладах. Конструктивно на кінцівках силопередаючого важеля 3 закріплені феромагнітні накладки 16, а спеціальні механізми 2, на яких закріплені силові електромагніти 1, закріплені, у свою чергу, на силових опорах 17 (входять до складу силової основи), які жорстко закріплені на силовій рамі 18 (наприклад, на гідропідйомнику - як варіант конструктивного виконання) - рисунок 8.

Рис. 8. Схема розміщення блоків силових електромагнітів на штатних гідропідйомниках

Конструктивно до складу ПНЧ 10 додатково введено каскад узгодження 19 (див. блок-схему, що приведена на рисунку 9).

Особливістю конструктивного виконання зазначеного обладнання є те, що з його допомогою можна збуджувати як вигинні (рис. 10), так і крутильні (рис. 11) коливання крила 4 ЛА за допомогою збудливої сили P(t) (щодо жорсткого місця закладення - МЗ) відносно вісі жорсткості у координатах XY.

Перед проведенням частотних випробувань визначають положення центрів жорсткості об'єкта контролю (крила 4) за його перерізами і проводять ВЖ за певними координатами положень центрів жорсткості перерізів [5].

Рис. 9. Блок-схема АІВК, що призначений для збудження коливань крила ЛА з власною частотою (за вигинною та крутильною формами)

Збудження вигинних коливань здійснюється парою сил P, що створені по черзі попарно розташованими верхніми і нижніми силовими електромагнітами 1 (розташованими на однаковій відстані щодо ВЖ і на однаковій відстані між собою у площині поздовжньої вісі силопередаючого важеля 3) - див. схему, що представлена на рисунку 12, а збудження крутильних коливань здійснюється парою сил P, що створені по черзі діагонально протилежними силовими електромагнітами 1 (див. схему, що представлена на рисунку 13).

На рисунках 12 і 13 вказано: ЕМ - електромагніт та Р - сила, що створюється електромагнітом.

Рис. 10. Схема збудження вигинних коливань відносно вісі жорсткості конструкції

Рис. 11. Схема збудження крутильних коливань відносно вісі жорсткості конструкції

Рис. 12. Схема збудження вигинних коливань

Рис. 13. Схема збудження крутильних коливань

Для збудження коливань силопередаючий важіль 3 конструктивно закріплюється на крилі 4 ЛА перпендикулярно до визначеної його ВЖ (поз. ВЖ - рис. 14, 15) так, щоб плечі були рівними між собою щодо ВЖ:

L = L/2 + L/2.

Рис. 14. Схема розміщення силопередаючого важеля на об'єкті контролю (крилі ЛА)

Таким чином, за допомогою АІВК, використовуючи обладнання для збудження коливань (поз. 1, рис. 1, 3-4) консольно закріплених конструкцій планера ЛА з власною частотою (із збудженням у комплексі цим обладнанням вигинних і крутильних форм коливань відносно ВЖ конструкції, що випробовується), можна буде здійснювати наступне:

Рис. 15. Схема розміщення силопередаючого важеля на крилі літака Су-25

- перевірку достовірності результатів контролю, що отримані за допомогою інших методів неруйнівного контролю;

- діагностування крила, кіля та стабілізатора ЛА (з накопиченням БД про технічний стан парку ЛА, що обслуговуються за весь попередній період їх експлуатації);

- періодичну перевірку високонавантажених конструкцій планера ЛА в умовах експлуатації (включаючи діагностування ЛА, що знаходиться безпосередньо на стоянці, обвалуванні або укритті тощо);

- збір інформації та формування БД про технічний стан крила, кіля та стабілізатора ЛА протягом усього періоду його експлуатації;

- обробку БД для вирішення завдань прогнозування технічного стану крила, кіля та стабілізатора ЛА для забезпечення його експлуатації за технічним станом, використовуючи бортову обчислювальну машину;

- інформаційну підтримку прийняття рішень щодо робіт з ТО ЛА за результатами контролю його технічного стану за допомогою нових методів неруйнівного контролю.

Контроль технічного стану ЛА за допомогою АІВК повинен здійснюватися безперервно за усіма видами ТО ЛА на основі комплексної обробки діагностичної інформації, що надходить від інформаційно-вимірювальної системи (поз. 2, рис. 1,3-4) АІВК. Також, необхідно, щоб діагностична інформація перетворювалася на цифровий код відповідними пристроями спряження.

Перетворена інформація може (на приклад, конструктивного виконання АІВК) інтегруватися у блоці концентрації сигналів та надходити у реальному масштабі часу по каналу передачі інформації у пристрій обробки інформації (який може бути виконано у вигляді, на приклад, переносної персональної електронно-обчислювальної машини (ноутбуку, планшету) з програмним та інформаційним забезпеченням рішення задач контролю технічного стану зазначених вище конструктивних елементів планера ЛА). Такі ноутбуки (планшети) мають бути у фахівців інженерно-авіаційної служби експлуатуючої організації. На приклад, АІВК має бути обладнаний системою захисту від несанкціонованого доступу до вихідної інформації.

Усе обладнання, що входить до складу АІВК, повинне працювати від бортового джерела живлення постійною напругою 27 В (на приклад, через відповідний блок живлення, як вже відмічалось).

Таким чином, запропонований АІВК, під час обслуговування ЛА за їх технічним станом, дозволить здійснювати наступне:

- автоматизувати ведення обліково-звітної документації про результати контролю та роботи з ТО ЛА;

- автоматизувати процеси формування і використання БД про методики пошуку та усунення відмов на ЛА;

- інформаційну підтримку прийняття рішень за результатами контролю та прогнозування технічного стану ЛА;

- планування і облік робіт з ТО ЛА;

- вдосконалення системи експлуатації ЛА, процесів навчання і перепідготовки інженерно-технічного складу експлуатуючої організації;

- інформаційний обмін з іншими системами інтегрованої логістичної підтримки технічної експлуатації ЛА за допомогою мережевих засобів і знімних накопичувачів інформації.

Висновки

Таким чином, при вирішенні питань щодо пошуку пошкоджень ЛА та визначення залишкової міцності конструкції за наявності пошкоджень, запропонований АІВК дозволить оперативно та з мінімальною трудомісткістю отримати достовірну інформацію про технічний стан пошкодженої конструкції ЛА - про її залишкову міцність, а це, у свою чергу, дозволить вирішити дуже важливе практичне питання - виконання локального ремонту конструкції ЛА (або відновлення аеродинаміки). При цьому, буде забезпечена можливість випуску ЛА у політ (на приклад, для перельоту на авіаремонтне підприємство тощо) з відповідними рекомендаціями льотчику, які стосуються зниження швидкості польоту та допустимих навантажень ЛА на величину, що відповідає зниженню міцності конструкції щодо максимальної, щоб не перевищити навантаження на пошкоджене крило.

Список використаних джерел

[1] Вольф И. Э. & Запаско Р. В. (2016). Техническая эксплуатация информационнодиагностических средств. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА».

[2] Смирнов Н. Н. & Ицкович А. А. (1987). Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. Москва: Транспорт.

[3] Юхачев В. В., Харченко О. В., Пащенко С. В. & Хільченко М. Ф. (2010). Коливання і ресурс авіаційних конструкцій. Одеса, 2010.

[4] Пат. України № 127849, (2018). МПК В64С3/00, G01M7/00, G0^11/26. Пристрій для визначення просторово-частотних характеристик коливань консольно закріплених елементів літальних апаратів при їхніх випробуваннях на утомлену міцність / В. О. Комаров, О. О. Расстригін - № u 201802126; заявл. 01.03.18; опубл. 27.08.18, Бюл. № 16.

Размещено на Allbest.ru