Микроскопические повреждения в авиации и космонавтике могут вызвать серьезные проблемы. Ученые Пермского Политеха создали математическую модель сенсорного полимерного покрытия, которое мгновенно определяет даже незначительные дефекты. Покрытие предотвращает разрушение защитного слоя приборов, трещины и другие повреждения, вызванные микрочастицами (песком, пылью, льдом). Это снижает риск аварий, экономит на ремонте и замене деталей.
Определение координат повреждения и величины приложенной силы – сложная задача. Используемые датчики фиксируют только факт удара, но не дают точной информации о месте повреждения, что снижает эффективность мониторинга. При попадании града на самолет датчики зафиксируют удар, но не определят поврежденные места, что важно для оценки прочности и безопасности полета.
Ученые Пермского Политеха создали математическую модель сенсорного полимерного покрытия с двойной спиралью электродов для анализа ударных воздействий. Покрытие наносится на поверхность конструкции, точно определяя локацию и величину ударов, а также прогнозируя возможные повреждения. Это отличает его от существующих решений, где датчики имеют погрешность до 20% и устанавливаются точечно.
Ученые разработали легкую полимерную пленку с пьезоэлектрическим эффектом и двойной спиралью электродов. Она приклеивается к внешним элементам конструкций, включая аэрокосмическую технику, благодаря малому весу. Пленка реагирует на удары, создавая электрические импульсы, которые точно определяют место и силу удара. Это позволяет эффективно мониторить состояние поверхностей.
«Когда твердая частица сталкивается с сенсорным покрытием, это вызывает импульс, который анализируется с помощью математической модели. Такая система с высокой точностью определяет три ключевых параметра: положение точки удара, его силу и локальную прочность конструкции. Это в два раза точнее, чем у аналогичных решений», – подчеркивает Андрей Паньков, профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», доктор физико-математических наук.
По данным модели, задержка между механическим воздействием и возникновением сигнала составляет примерно микросекунду. Это позволяет фиксировать даже сверхбыстрые удары. Например, при столкновении частиц космической пыли с корпусом космической станции разработанная система генерирует электрический сигнал в точке контакта. Данные с электродов передаются в систему, что позволяет оператору своевременно оценить характер и силу повреждения.
«Тестирование технологии проводили методом численного моделирования на компьютере, имитируя удар шаровой частицы по сенсорному покрытию. Анализировали локальное деформирование и генерацию электрических сигналов на электродах», – объясняет Андрей Паньков.
Технология проста в нанесении, точна и масштабируема. В авиации она мгновенно обнаруживает удары по корпусу самолета, предотвращая поломки.
Разработка перспективна для мониторинга механических повреждений в авиации и машиностроении, где важно быстро выявлять и устранять микроповреждения от внешних воздействий.
Источник: naked-science.ru
распечатать статью
