CC BY
26<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 620.179
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ОБОРОННО-ПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
В. Н. Бориков, В. М. Зыков, В. П. Вавилов, В. А. Смолянский, Д. А. Седнев
Национальный исследовательский Томский политехнический университет Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30 E-mail: borikov@tpu.ru
Представлены перспективные технологии недеструктивного контроля. Институт неразрушающего контроля имеет универсальные комплексы и системы для осуществления неинвазивного контроля изделий ракетно-космической техники.
Ключевые слова: радиационная электризация, криоэкран, синтетическое фокусирование, фазированная решетка, томографическое изображение, бетатрон, томограф.
NON-DESTRUCTIVE TESTING NEXT-GENERATION TECHNOLOGIES FOR RUSSIA MILITARY
INDUSTRIAL SECTOR COMPANIES
V. N. Borikov, V. M. Zykov, V. P. Vavilov, V. A. Smolyansky, D. A. Sedniv
National Research Tomsk Polytechnic University 30, Lenina Av., Tomsk, 634050, Russian Federation E-mail: borikov@tpu.ru
The paper describes emerging technologies of non-destructive inspection. Institute of Non-Destructive Testing has universal complexes and systems for non-invasive control of aerospace products.
Keywords: radiation electrification, krioescreen, synthetical focusing, phased array, tomographic image, betatron, scanner.
Использование неразрушающего контроля и технической диагностики приобретает все большее значение, особенно при производстве и эксплуатации дорогостоящих и наукоемких объектов, к которым относятся изделия ракетно-космической техники (РКТ). Вполне очевидно, что недостаточность контроля или его недостоверность могут приводить к значительным экономическим потерям, а в ряде случаев - к серьезным авариям и экологическим катастрофам. Институт неразрушающего контроля Томского политехнического университета обладает существенными наработками для осуществления диагностики изделий РКТ различными методами контроля.
Испытания элементов и подсистем космического аппарата на радиационную электризацию
Для проведения наземных испытаний элементов и подсистем космического аппарата (КА) на устойчивость к факторам радиационной электризации под действием электронной компоненты геомагнитной плазмы разработан испытательный стенд «Про-гноз-2», который обеспечивает:
- проведение исследования параметров радиационной электризации образцов в условиях воздействия факторов космического пространства (вакуум, электронное излучение с имитацией условий на геостационарной орбите, низкая температура, солнечное излучение);
- измерение помеховых сигналов в цепях управления испытуемых подсистем КА (таких как система
коррекции КА), вызванных электростатическими разрядами;
- отработку методов и средств защиты от воздействия факторов радиационной электризации.
Общий вид испытательного стенда «Прогноз-2» показан на рис. 1.
При испытаниях на радиационную электризацию подсистем КА, например подсистемы ориентации, предполагается, что часть подсистемы ориентации в виде стационарного плазменного двигателя (СПД), располагается внутри вакуумной камеры и подвергается воздействию электронного излучения, в то время как входящая в состав бортовой аппаратуры другая часть системы ориентации, в виде электронной системы питания и управления СПД, находится вне вакуумной камеры, причём обе части соединены штатным кабелем. Это позволяет корректно определить параметры разрядных токов, инжектируемых в систему питания и управления СПД, например, через анодную и катодную цепи двигателя СПД, и на этой основе правильно выбрать параметры защитного фильтра для системы питания и управления.
Ультразвуковая томография. На данный момент ТПУ обладает существенными наработками в решении для осуществления контроля композитных материалов. Ультразвуковой контроль производится в эхо-импульсном режиме двумя методами:
- эхо-импульсный метод фокусированными одноэлементными преобразователями;
Материалы IV Научно-практической конференции
- эхо-импульсный метод фазированными антенными решётками с синтетической фокусировкой в объекте контроля (принцип «Digital Focus Array»).
Рис. 1. Испытательный стенд «Прогноз-2»: 1, 2 - управляющая и регистрирующая ЭВМ; 3 - стойки с измерительным и управляющим оборудованием; 4 - холодильная установка; 5 - криоплита с криоэкраном; 6 - криорубашка; 7 -крионасос; 8 - электронная пушка 70 кэВ; 9 - имитатор Солнца; 10 - электронная пушка 300 кэВ; 11 - скоростная видеокамера;
12 - вакуумная камера; 13 - вакуумметр
Аппаратное обеспечение системы контроля позволяет подключать одновременно до 16 одноэлементных преобразователей, а также линейные фазированные решётки с количеством элементов до 128. При каждой операции контроля или в каждой позиции контроля возбуждается один элемент преобразователя фазированной решётки, в то время как все элементы группы (виртуальный преобразователь) принимают ультразвуковые эхо-сигналы. Таким образом, при каждой операции контроля охватывается часть контрольного объёма. Информация из всех позиций контроля переносится на каждый объёмный элемент, с учётом времени перемещения ультразвука. В результате возникает томографическое изображение контролируемого участка. Благодаря применению параллельных компьютерных структур во время процесса
сканирования выполняется реконструкция и отображение снимка результата.
При этом результаты контроля отличаются значительно улучшенной способностью обнаружения дефектов, по сравнению с обычными методами контроля, поскольку синтетическое фокусирование в каждой точке контрольного объёма приводит к повышенной чувствительности контроля и улучшенному разрешению.
Активный тепловой контроль ксеноновых топливных баков методом активного теплового контроля. Композитные ксеноновые топливные баки спутников представляют собой сосуд из лейнера, выполненного из титана и обмотанного силовой композитной оболочкой из углепластика. Возможными дефектами баков являются трещины лейнера, расслоения между углепластиком и титаном, а также недопустимые неоднородности теплофизических характеристик композита. Трещины, возникшие в процессе изготовления бака, ведут к утечкам продукта и являются абсолютно недопустимыми, в то время как расслоения и неоднородности композита могут приводить к появлению трещин в процессе механических испытаний.
Активный тепловой контроль основан на анализе динамики температурных полей в объекте контроля при их стимуляции различной физической природы [1]. Классический тепловой контроль предусматривает нагрев бака оптическим излучением или горячим воздухом. Предварительные эксперименты показали принципиальную возможность стимуляции баков с помощью теплого воздуха, подаваемого внутрь бака; при этом анализируют динамику температуры на внешней поверхности бака, в результате чего возможно построение карт теплофизических свойств конструкции.
Новым способом теплового контроля является стимуляция объекта ультразвуковыми колебаниями значительной мощности. Такая стимуляция приводит к аномальному тепловыделению в трещинах за счет внутреннего трения, причем основной материал остается «холодным». Данный способ весьма привлекателен для выявления «слипнутых», то есть весьма малых, трещин, однако требует решения проблемы не-разрушающего ввода ультразвука.
Рис. 2. Схематичное изображение принципа контроля
Решетневс^ие чтения. 2016
Рентгеновская томография. Из известных к настоящему времени способов промышленной томографии наибольшее распространение нашла рентгеновская, поскольку рентгеновские лучи хорошо проникают через различные конструкционные материалы. Для томографов нового поколения требуется создание источников излучения с более высокой импульсной мощностью. Такое излучение может быть получено с использованием индукционных ускорителей электронов - бетатронов.
Томограф, разработанный в ТПУ (рис. 3) на базе бетатрона, позволяет определять дефекты в различных материалах: от металлов до полимеров.
Энергия электронов, МэВ, до 9 Фокусное пятно, мм, 1x0,3 Детектор панель (PerkinElmer) XRD1622 размер детектора, мм, 400x400 разрешение детектора, мкм, 200 Детектор линейка X-Scan iHE2-410 (Detection Technology)
С помощью томографического комплекса [2] можно получать высококачественные визуализированные данные с высоким разрешением, возможно определять, локализовать и измерять дефекты с высокой точностью (0,01 мм) в режиме реального времени с выводом результатов на монитор.
Данный томограф является наиболее дешевым и малогабаритным по сравнению с аналогами за счет применения оборудования отечественного производства.
Библиографические ссылки
1. Тепловые методы контроля [Электронный ресурс]. URL: http://portal.tpu.ru/departments/institut/ ink/Files/Lab34/Avia.pdf (дата обращения: 23.09.2016).
2. Рентгеновский томограф больших объектов [Электронный ресурс]. URL: http://portal.tpu.ru/ departments/laboratory/rknl/products/big_tomo (дата обращения: 23.09.2016).
Рис. 3. Томограф крупногабаритных объектов
Основные технические характеристики томографа крупногабаритных объектов:
пространственное разрешение томограммы, мкм, 100 Диаметр объекта, мм, 1 000 Масса объекта, кг, 1 000
Габариты рабочей области, мм, 2 000x2 740x2 320 Источник бетатрон МИБ9(ТПУ)
References
1. Electronic textbook Heat control methods: http://portal.tpu.ru/departments/mstitut/ink/Files/Lab34/A via.pdf (accessed: 23.09.2016).
2. Electronic textbook X-ray tomography of large objects: http://portal.tpu.ru/departments/laboratory/rknl/ products/big_tomo (accessed: 23.09.2016).
© Бориков В. H., Зыков В. М., Вавилов В. П., Смолянский В. А., Седнев Д. А., 2016
УДК 681.5
УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ПРИВОДА СИЛОВЫХ ГИРОСТАБИЛИЗАТОРОВ
С. П. Ботуз, С. В. Кузнецов, А. С. Стреж
Краснознаменский завод полупроводниковых приборов «Арсенал» Российская Федерация, 143090, г. Краснознаменск, Московская область, ул. Связистов, 9
E-mail: str_s@mail.ru
Рассматриваются принципы управления асинхронными двигателями силовых гиростабилизаторов с изменяемым кинетическим моментом, применяемых, в частности, в системах ориентации искусственных спутников Земли, обеспечивая высокую стабильность скольжения, скорости и момента асинхронного двигателя силовых гиростабилизаторов.
Ключевые слова: гиростабилизатор, двигатель-генератор, момент, система ориентации, скорость программно-задающего воздействия.
