CC BY
5
This paper proposes a method for experimental and theoretical study of the degree of protection of special structures. A model is presented that allows optimizing the additional protection of special structures from air shock waves according to the minimum cost criterion. A test bench is proposed for studying the attenuation coefficient of a compression wave in loose and deformable materials. The prospects for further development of the presented area of scientific research are determined.
Key words: special construction, degree of protection, model, test, attenuation coefficient, material.
Gusenitsa Yaroslav Nikolaevich, candidate of technical sciences, head of research department, [email protected], Russia, Anapa, Military Innovative Technopolis «ERA»,
Khaibullov Oleg Damirovich, candidate of military sciences, deputy head of the Military Innovation Technopolis «ERA», [email protected], Russia, Anapa, Military Innovation Technopolis «ERA»,
Zagrutdinov Yury Aleksandrovich, candidate of technical sciences, senior lecturer, [email protected], Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Skorik Evgeny Anatolyevich, lecturer, [email protected], Russia, St. Petersburg, Military Medical Academy named after S.M. Kirov
УДК 535.4; 681.787
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-267-272
ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КРИТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВОЗДУШНОГО СУДНА ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫМИ
ЖИДКОСТЯМИ
Г.А. Костин, Т.А. Черняк, Е.Е. Майоров, В.В. Курлов, И.С. Таюрская
Статья посвящена интерферометрическим исследованиям критических поверхностей воздушного судна после обработки противообледенительными жидкостями. Работа перспективна и актуальна, так как получение достоверных, высокоинформативных и высокоточных данных по чистоте критических внешних поверхностей корпуса ВС является важнейшей задачей от которой зависит безопасность полетов. Объектом исследования была передняя кромка крыла, после двухэтапной обработки Safewing MP-IVLAUNCHIV и ПОЖ ТИПIV. В качестве измерительного прибора использовался разработанный интерферометр, который был построен по схеме Майкельсона. Получены экспериментальные результаты измерений оптического параметра (коэффициента отражения (R, %)) для разных состояний критической поверхности. Исследовались следующие участки критической поверхности: абсолютно чистой поверхности, до предполетной обработки противообледенительными жидкостями, после предполетной обработки противообледенительными жидкостями.
Ключевые слова: интерферометр, воздушное судно, коэффициент отражения, противообледенительные жидкости, аэропорт, критическая поверхность.
В современных условиях эксплуатации летательных аппаратов для обеспечения безопасности полетов важное место занимает предполетная подготовка воздушного судна (ВС), а именно противооб-леденительная защита [1, 2]. В некоторых воздушных гаванях России технические службы аэропорта на постах обработки сталкиваются с проблемой подбора противообледенительных жидкостей (ПОЖ) по составу, режиму использования в соответствии с техническими требованиями, для определенных погодных условий [3, 4]. Технические службы аэропорта обязаны обеспечить с помощью различных ПОЖ качественную защиту внешних поверхностей, включая критические поверхности, от разного рода осадков, обледенения без нанесения побочных эффектов корпусу ВС [5, 6]. Технические средства и ПОЖ имеют относительно высокую стоимость, кроме того, в составе некоторых ПОЖ находятся токсичные многоатомные спирты, такие как этиленгликоль, диэтиленгликоль, которые негативно влияют на окружающую природу и создают дополнительные природоохранные проблемы [7, 8].
Процентное содержание этих спиртов в ПОЖ, температура, расход при нанесении на корпус ВС определяется погодными условиями аэропорта [9, 10]. В настоящее время в аэропортах на стационарных постах обработки применяют три типа ПОЖ (ТИП I, ТИП II, ТИП IV) для аппаратов российского производства. Для иностранных лайнеров Boeing, Airbus применяют ПОЖ, например, Safewing MP-II FLIAT или Safewing MP-IV LAUNCH IV [11, 12]. Обработка корпуса ВС с помощью ПОЖ ведется в несколько этапов, как правило, на первом этапе удаляется осадки или обледенение с внешних и критических поверхностей при определенных температурах на выходных форсунках (60 °С и выше). Оставщаяся жидкость формирует защитную пленку от дальнейшего образования снежно-ледяных отложений. На втором этапе обработке защищают критические поверхности летательного аппарата нанося на них более концентрированный раствор. Иногда, при обработке больших площадей поверхности корпуса и при высокоинтенсивных осадках технические службы прибегают к третьему этапу с применением различных по составу и концентрации ПОЖ.
Как и для оптического приборостроения, так и авиационного приборостроения получение достоверных, высокоинформативных и высокоточных данных по чистоте критических внешних поверхностей корпуса ВС является важнейшей задачей от которой зависит безопасность полетов.
На сегодняшний день существуют методы и технические средства, которые используются для решения этой задачи. Важное место среди них занимают оптические методы и средства [13, 14]. Интерференционные приборы и системы для измерения геометрических параметров поверхности исследуемых объектов перспективны и актуальны в этом направлении, так как они не имеют материальных контактов с поверхностью, высокопроизводительны, пригодны для решения динамических задач, имеют высокую точность измерений (единицы нм). Эти приборы и системы основаны на сборе, обработке и представлении информации об отраженном световом излучении от исследуемой поверхности объекта [15-19].
В работе представляет интерес исследование критических поверхностей корпуса ВС после двухэтапной обработки, как российского, так и импортного производителей ПОЖ.
Цель работы состояла в интерферометрическом исследовании критических поверхностей воздушного судна после обработки противообледенительными жидкостями.
Постановка задачи. В работе необходимо исследовать критические поверхности корпуса ВС после обработки Safewing MP-IV LAUNCH IV и ПОЖ ТИП IV интерферометрическим прибором, имеющим в качестве источника излучения диод белого света (lc = 2...3 мкм). Представить экспериментальные результаты в виде графических зависимостей коэффициента отражения (R, %) и смещения по исследуемой поверхности по оси X (X = 0.10000мкм).
Объект и метод исследования. Объектом исследования была передняя кромка крыла, после двухэтапной обработки Safewing MP-IV LAUNCH IV и ПОЖ ТИП IV.
Safewing MP-IV LAUNCH IV представляет собой жидкость SAE тип IV на основе пропи-ленгликоля, предназначенную для противообледенительной обработки поверхностей воздушных судов. Эта зелёная жидкость чувствительна к перегреву, имеет свойства неньютоновской жидкости и может прийти в негодность при чрезмерном механическом воздействии.
ПОЖ ТИП IV - жидкость на основе пропиленгликоля. В состав ПОЖ ТИП IV входят поверхностно активные вещества, антикоррозийные присадки и загуститель, обеспечивающий увеличение времени защитного действия. Кроме того, загуститель обуславливает дополнительные аэродинамические свойства защитного слоя, способствующие удалению жидкости с поверхности ВС за время разбега.
Для исследования обработанной передней кромки крыла использовался разработанный интерферометр. Внешний вид прибора приведен на рис. 1.
Прибор построен на основе интерферометра Майкельсона, в который вместо одного из зеркал помещен исследуемый объект. В качестве источника излучения использовался диод белого света с длиной когерентности lc = 2.3 мкм, мощностью излучения 3 мВт. Микрообъектив (10х, f = 15,5 мм, А = 0,3) фокусировал излучение источника на переднюю кромку крыла и на опорную поверхность (опорное зеркало). Контролируемый участок критической поверхности зондировался по нормали. Прибор работал в режиме сканирования.
Рис. 1. Внешний вид интерферометра
Измерение чистоты критической поверхности (микрорельефа) проводились при следующих характеристиках прибора:
- погрешность измерений
= (0,03.0,1) /с - для 0 = (0 °...30°), ст2 = (0,3.0,8) /с- для 0 = (45 ..60°),
- диапазон измерений рельефа поверхности - 0.4 мм;
- частота измерений - 46 т/с;
- среднее расстояние от оптической головки до объекта - 120 мм.
268
Экспериментальные результаты. На рис. 2 показан анализируемый участок передней кромки крыла ВС. Для того чтобы обеспечить независимость измерений необходимо было использовать плоскопараллельную стеклянную пластину в качестве базовой поверхности отсчета. Пластина крепилась к исследуемой поверхности неподвижно. Информация о микрорельефе поверхности извлекалась от расстояния между поверхностью стеклянной пластины и критической поверхностью ВС. В качестве опорного пучка света был отраженный луч от поверхности плоскопараллельной пластины. При экспериментальных исследованиях площадь передней кромки крыла была равная 1см х 1см. Контроль проводился поточечно с частотой 46 Гц. Графическое отображение результатов измерений было показано в специально разработанной программе. Экспериментальные результаты микрорельефа исследуемой поверхности сделаны через определенные промежутки времени, что позволило анализировать процесс взаимодействия ПОЖ с объектом исследования.
Рис. 2. Экспериментальное исследование микрорельефа критической поверхности ВС
На рис. 3 приведены результаты измерений оптического параметра (коэффициента отражения (Я, %)) для разных состояний критической поверхности. Исследовались следующие участки критической поверхности: абсолютно чистой поверхности, до предполетной обработки ПОЖ, после предполетной обработки ПОЖ. В этом случае показана зависимость распределения амплитуды отраженного сигнала от смещения по оси X. Из эксперимента видно, что при равенстве опорной и объектной ветвей интерферометра амплитуда сигнала пропорциональна коэффициенту отражения нерассеянной составляющей от оптически неоднородной среды.
100 90 80 70 60
40 30 20 10 о
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
X, ыкм
Рис. 3. Зависимость коэффициента отражения от смещения по оси X: 1 - до обработки критической поверхности; 2 - поверхность, обработанная ПОЖ ТИП1У; 3 - абсолютно чистая поверхность; 4 - поверхность, обработанная SafewingMP-IVLAUNCHIV
Указанная возможность интерферометра может успешно применена для исследования других критических поверхностей летательного аппарата.
Заключение. В работе исследована критическая поверхность ВС (передняя кромка крыла) ин-терферометрическим методом. Получены экспериментальные результаты по чистоте критической поверхности. Выявлено, что противообледенительная жидкость российского производства не уступает по
269
- ■ - ■
3 4
1
оптическим свойствам зарубежной жидкости, которая используется в европейских аэропортах. Представленные исследования могут представлять интерес для оптического приборостроения, а также химических производств данных жидкостей.
Список литературы
1. Хохлова М.В., Дагаев А.В., Майоров Е.Е., Арефьев А.В., Гулиев Р.Б., Громов О.В. Интерференционная система измерения геометрических параметров отражающих поверхностей // Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 6 (108). С. 184-189. Б01: 10.23670/Ш.2021.108.6.029.
2. Хохлова М.В., Дагаев А.В., Майоров Е.Е., Арефьев А.В., Гулиев Р.Б., Громов О.В. Исследование оптико-электронной системы при обработке голографических пластин // Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 8 (110). С. 103-108. Б01: 10.23670/Ш.2021.110.8.015.
3. Хохлова М.В., Арефьев А.В., Майоров Е.Е., Гулиев Р.Б., Дагаев А.В., Громов О.В. Экспериментальное исследование метрологических характеристик разработанного оптического щупа триггер-ного типа // Приборы. 2021. № 5. С. 8-16.
4. Майоров Е.Е., Громов О.В., Курлов В.В., Коцкович В.Б., Петрова Е.А., Пушкина В.П., Таюрская И.С. Исследование рельефа поверхности биологических объектов методом контроля, анализирующим расходимость // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 2. С. 383-388.
5. Машек А.Ч., Цыганкова Г.А., Константинова А.А., Майоров Е.Е., Писарева Е.А., Громов О.В. Расчет основных параметров оптико-электронной системы наблюдения и изучения интерференционных структур на голограммах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 2. С. 184-192.
6. Цыганкова Г.А., Майоров Е.Е., Черняк Т.А., Константинова А.А., Машек А.Ч., Писарева Е.А. Исследование разработанного интерферометра поперечного сдвига для настройки интерференционных полос при обработке интерферограмм // Приборы. 2021. № 2. С. 20-25
7. Арефьев А.В., Бородянский Ю.М., Гулиев Р.Б., Дагаев А.В., Майоров Е.Е., Хохлова М.В. Измерение микрорельефа негладких поверхностей автоматизированным интерферометром в низкокогерентном свете // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 8. С. 211-219.
8. Курлов В.В., Коцкович В.Б., Майоров Е.Е., Пушкина В.П., Таюрская И.С. Экспериментальное исследование разработанной интерференционной системы для измерений поверхности объектов сложной формы // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 8. С. 179-189.
9. Черняк Т.А., Бородянский Ю.М., Петрова Е.А., Майоров Е.Е., Попова Е.В., Хохлова М.В. Применение автоматизированного оптико-механического устройства для томографического исследования десны под воздействием внешних агентов // Научное приборостроение. 2021. Т.31. №3. С. 16-24.
10. Майоров Е.Е., Сорокин А.А., Пушкина В.П., Удахина С.В., Коцкович В.Б., Арефьев А.В. Автоматизированный оптический зонд для томографических исследований // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып.6. С. 113-119. Б01: 10.24412/2071-6168-20216-113-119.
11. Черняк Т.А., Бородянский Ю.М., Майоров Е.Е., Попова Е.В., Петрова Е.А., Хохлова М.В. Математическое моделирование интерференционного сигнала и получение диапазона измерений величины смещения // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 6. С. 199-204. Б01: 10.24412/2071-6168-2021-6-199-204.
12. Майоров Е.Е., Колесниченко С.В., Константинова А.А., Машек А.Ч., Писарева Е.А., Цыганкова Г.А. Исследование флуктуаций фазы выходного сигнала системы фазовых измерений // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2021. № 9. С. 1-6. Б01: 10.25791/рпЬог.9.2021.1287.
13. Майоров Е.Е., Хохлова М.В., Громов О.В., Удахина С.В., Арефьев А.В., Таюрская И.С. Теоретическое исследование разработанной автоматизированной измерительной системы // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып.12. С.288-294. Б01: 10.24412/2071-6168-2021-12-288-294.
14. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука. 1976. 926 с.
15. Арефьев А.В., Коцкович В.Б., Майоров Е.Е., Пушкина В.П., Сорокин А.А., Удахина С.В. Исследование разработанного интерференционного зонда для измерения неровностей реальных поверхностей // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2022. № 2. С. 1-6. Б01: 10.25791/рпЬог.2.2022.1319.
16. Арефьев А.В., Курлов В.В., Коцкович В.Б., Майоров Е.Е., Пушкина В.П., Удахина С.В. Исследование постинъекционного эпидермиса модифицированным интерферометром майкельсона—физо // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2022. Т. 65. №4. С. 295-302. Б01: 10.17586/0021-3454-2022-65-4-295-302.
17. Майоров Е.Е., Коцкович В.Б., Пушкина В.П., Арефьев А.В., Гулиев Р.Б., Дагаев А.В. Исследование оптических плоских поверхностей светоделительных пластин средством когерентной оптики // Научное приборостроение. 2022. Т.32. №2. С. 65-74.
18. Бородянский Ю.М., Майоров Е.Е., Петрова Е.А., Попова Е.В., Курлов В.В., Удахина С.В. Измерение геометрических параметров поверхностей сложной формы низкокогерентной оптической системой // Приборы. 2022. № 5 (263). С. 3-7.
19. Майоров Е.Е. Исследование разработанной измерительной системы на основе двухлучевой интерферометрии // Моделирование и ситуационное управление качеством сложных систем: Третья Всероссийская научная конференция (СПб., 18-22 апреля 2022 г.): сб. докл. СПб.: ГУАП, 2022. C. 52-55. DOI: 10.31799/978-5-8088-1707-4-2022-3.
Костин Геннадий Александрович, д-р техн. наук, доцент, g [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации,
Черняк Татьяна Анатольевна, канд. экон. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации,
Майоров Евгений Евгеньевич, канд. тех. наук, доцент, majorov_ee@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Курлов Виктор Валентинович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Таюрская Ирина Соломоновна, канд. экон. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский университет технологий управления и экономики
INTERFEROMETRIC STUDIES OF CRITICAL AIRCRAFT SURFACES AFTER TREATMENT WITH DE-
ICING LIQUIDS
G.A. Kostin, T.A. Chernyak, E.E. Maiorov, V.V. Kurlov, I.S. Tayurskaya
The article is devoted to interferometric studies of critical surfaces of an aircraft after treatment with de-icing liquids. The work is promising and relevant, since obtaining reliable, highly informative and highly accurate data on the cleanliness of the critical external surfaces of the aircraft body is the most important task on which flight safety depends. The object of the study was the leading edge of the wing, after two-stage processing Safewing MP-IV LAUNCH IV and FIRE TYPE IV. The developed interferometer, which was built according to the Michelson scheme, was used as a measuring device. Experimental results of measurements of the optical parameter (reflection coefficient (R, %)) for different states of the critical surface are obtained. The following areas of the critical surface were studied: absolutely clean surface, before pre-flight treatment with de-icing liquids, after pre-flight treatment with de-icing liquids.
Key words: interferometer, aircraft, reflection coefficient, de-icing liquids, airport, critical surface.
Kostin Gennady Aleksandrovich, doctor of technical sciences, docent, [email protected], Russia, St. Petersburg, Saint-Petersburg State University for Civil Aviation,
Chernyak Tatyana Anatolievna, candidate of economic sciences, docent, [email protected], Russia, St. Petersburg, Saint-Petersburg State University for Civil Aviation,
Maiorov Evgeny Evgenievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, St. Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Kurlov Viktor Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, St. Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Tayurskaya Irina Solomonovna, candidate of economic sciences, docent, [email protected], Russia, St. Petersburg, Saint-Petersburg University of management technologies and Economics
