Диагностика композиционной втулки несущего винта вертолёта компьютерным томографом

Диагностика композиционной втулки несущего винта вертолёта компьютерным томографом

Казанский государственный технический университет
им. А. Н. Туполева, Казань, Россия

На втулке несущего винта (НВ) вертолёта «АНСАТ» применён упругий элемент балочного типа – торсион, –с использованием многослойной тканевой композиции (стеклопластика) и низкомодульного вязкоупругого материала (резины). Торсионы заменяют шарниры втулки НВ, что позволяет повысить ресурс работы, снизить эксплуатационные расходы.

Контроль качества втулки НВ осуществляется в исходном сырье, в процессе изготовления и эксплуатации изделия. Одним из современных методов неразрушающего контроля является спиральная компьютерная томография, которая объединяет информативные достоинства рентгеновского излучения с последними достижениями вычислительной техники. Компьютерная томография (КТ) – это метод получения изображения внутренней структуры объекта путём достаточно сложных вычислительных процедур при анализе первичных данных, получаемых посредством измерения поглощения рентгеновского излучения объектом исследования.

Процесс получения изображения в КТ содержит три основных этапа: измерение, реконструкцию и визуализацию. На этапе измерения с помощью узкого коллимированного пучка рентгеновского излучения от излучателя, расположенного по одну сторону объекта, и высокочувствительной системы детекторов, находящейся по другую сторону и воспринимающей ослабленное рентгеновское излучение, изменяя угол обзора или ракурс, получают множество проекций или профилей тонкого слоя исследуемого объекта. В КТ редко ограничиваются получением изображения одного «среза» толщиной в несколько миллиметров. Как правило, современные томографы делают не менее 10 срезов толщиной 1 мм и выполняются они с различным шагом спирального сканирования (обычно не менее 10 мм). Количественная оценка плотности материала с помощью КТ основана на разнице в поглощении рентгеновского излучения различными материалами, которые имеют собственные коэффициенты абсорбции (КА). Для измерения плотности материала используются условные ЕМI – ЕД. Фирмой “Ohio Nuclear” предложена система отчета, в которой приняты единицы Hounsfield – ед. Н. В этой системе отсчета оценка колебаний КА проводится в диапазоне 1000 ед. Н, за нулевой уровень принята плотность воды, соответственно плотность воздуха -1000 ед. Н. Визуальным отображением на мониторе аппарата является чёрно-белый или цветной спектр изображения.

Упругий элемент втулки НВ имеет большую площадь склейки резины и пластика, поэтому возникает вероятность появления непроклеев или других неконтролируемых дефектов. Для выявления дефектов и повреждений втулки проводят комплексный контроль, включающий визуальный осмотр и инструментальный неразрушающий контроль.

В связи с тем, что некоторые дефекты, такие как трещины и расслоения, проявляют себя не сразу, а только после приложения нагрузки, становится актуальным проводить предварительное нагружение конструкции с целью спровоцировать возможные дефекты. Для этого подвергнем упругий элемент предварительному повторно-статическому нагружению. Схема нагружения и условия испытаний подбираем, учитывая конструкционные особенности агрегата и условия эксплуатации.

Упругую балку устанавливаем в испытательный стенд. Закрепление концевых частей обеспечивает отсутствие вертикальных перемещений, боковых перемещений и вращения относительно оси упругой балки. В центральной части устанавливаем гидроцилиндр, с помощью которого создаются перемещения центральной части W = ±20 мм и угол закручивания j = ±5°. Гидросистема обеспечивает частоту нагружения 1 Гц. Информационно измерительная система производит регистрацию режимов нагружения в памяти ЭВМ. Схема нагружения представлена на рис. 1.

Рис.1. Схема нагружения

При исследовании многослойной конструкции на КТ, диагностику необходимо проводить на конструкции, находящейся в деформированном состоянии, так как в таком положении зона непроклея максимально выявляет себя. Упругие элементы втулки проходят исследование на КТ попарно, их концы жёстко скрепляем, а в центре между ними вставляем клин, обеспечивающий прогиб и угол закручивания центральной части относительно концевых частей рис. 2.

Рис. 2. Комплект упругих элементов в деформированном положении

В результате исследования получаем множество сечений, по которым осуществляется реконструкция трёхмерного изображения. Для ориентации в расположении полученных слоёв относительно исследуемого объекта одновременно делается обзорный цифровой снимок всей изучаемой области, благодаря чему можно определить положение исследуемого сечения (рис. 3).

Цифровые компьютерные технологии позволяют масштабировать полученную картинку, что помогает детальнее рассмотреть интересующий нас участок слоя, определить его размеры, а также число и характер дефектов. Для улучшения отображения информации применяют искусственное цветное контрастирование. Программно-технический комплекс позволяет строить график распределения плотностей по заданному маршруту (рис. 4).

Рис. 4. График распределения плотностей по заданному маршруту.

Выявление зоны пониженной плотности

Данная методика позволяет выявить дефекты, недоступные для визуального осмотра, она учитывает особенности внутренней структуры многослойной конструкций и характер дефектов.