Ученые Пермского Политеха разработали методику, которая позволяет оценить прочность композитных деталей авиационного двигателя за несколько часов вместо недель и месяцев, как раньше. Разработка уже внедрена на производстве и должна помочь шире применять легкие композиты в авиастроении. Об этом «Газете.Ru» рассказали в ПНИПУ.
Снижение массы — один из самых эффективных способов сделать самолет экономичнее: чем он легче, тем меньше расходует дорогого топлива. Поэтому тяжелые металлические детали все чаще заменяют на легкие и прочные полимерные композиты (углепластики) — замена даже нескольких элементов облегчает двигатель на несколько килограммов. Однако у композитов есть сложность: в отличие от металлов, их прочность зависит в том числе от формы и размера изделия, поэтому по маленькому образцу нельзя судить о прочности всей детали.
Из-за этого инженерам приходится испытывать реальные детали целиком: их многократно нагружают до разрушения на специальных стендах, и такая проверка растягивается на недели и месяцы, требуя дорогого оборудования. Именно поэтому во многих узлах по-прежнему предпочитают металл, который проверять 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 копятся микроповреждения — трещины и расслоения, — из-за чего его поверхность нагревается. В момент, когда нагрев резко усиливается, фиксируют предельную нагрузку.
«Детали из углепластика закрепили на стандартном вибростенде, который имитирует вибрации в полете, и постепенно нагружали, одновременно отслеживая нагрев поверхности тепловизором. 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 способ дает результат за несколько часов и без потери точности. Как отметил профессор кафедры, доктор технических наук Михаил Нихамкин, разработку оформили в виде готовой практической методики и уже внедрили на одном из ведущих предприятий авиадвигателестроения для проектирования деталей.
Ранее в России выяснили, где чаще всего возникают опасные нагрузки в авиационных двигателях.