CC BY
9(Решетневскце чтения
УДК 621.373
Е. В. Шахматов, О. А. Журавлев, Р. Н. Сергеев, С. В. Алембеков
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (Национальный исследовательский университет), Россия, Самара
РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО ЦИФРОВОГО СПЕКЛ-ИНТЕРФЕРОМЕТРА
На основе помехоустойчивого спекл-интерферометра разработаны лазерные диагностические системы и приводятся методики их применения как для получения апробационных характеристик, так и для исследования элементов и узлов реальных конструкций.
В аэрокосмической отрасли основной упор при отработке изделий перенесен на наземную экспериментально-испытательную базу. Проведение наземной отработки позволяет обеспечить высокую надеж -ность изделий за счет возможности получения большого объема количественной информации о поведении узлов, агрегатов и элементов конструкции, возможности осмотра и анализа изделий после испытаний, применения ЭВМ для моделирования различных ситуаций. При этом затраты на контрольно-испытательные работы составляют до 40 % в трудоемкости изготовления указанных изделий.
В данных условиях необходимо постоянное совершенствование методов и средств неразрушающего контроля и технической диагностики на основе инновационной стратегии развития [1], включающей, в частности, направления, связанные с разработкой лазерных принципов бесконтактного и оперативного считывания информативных сигналов, с созданием новых цифровых систем диагностики и совершенствованием их программного обеспечения.
Выделенным направлениям отвечают развиваемые в СГАУ лазерные диагностические системы, основанные на созданных помехоустойчивых стационарном и мобильном цифровых спекл-интерферометрах (ЦСИ) с непрерывным лазером. Устойчивость ЦСИ к внешним случайным воздействиям основана на разработанных программных методах статистической обработки серий спекл-интерферограмм, регистрируемых в режиме усреднения во времени (для исследования вибрационно-деформационных процессов) и реального времени с покадровым вычитанием (для исследования, например, неустановившихся температурных деформаций или процессов формирования потоков оптически прозрачных сред).
В мобильном ЦСИ дополнительным фактором повышения устойчивости служат новые схемные решения для формирования и использования спекл-модулированного опорного пучка [2].
Становлению диагностических систем на основе помехоустойчивых ЦСИ предшествовал этап апробации методик их применения для тестовых объектов простейшей формы (пластина, диафрагма) с различными способами возбуждения колебаний и обеспечения деформационных перемещений [3]. Полученные результаты сравнивались с данными как численного моделирования, так и сертифицированных средств доплеровской виброметрии (прибор типа РБУ-100) и
фотограмметрического измерения деформаций (прибор типа АЯАМВ).
На современном этапе лазерные системы с ЦСИ получили применение для исследования вибрационных характеристик широкоапертурных пневмоклапа-нов дренажного типа. Проблемность исследования здесь состоит в том, что определение резонансных характеристик рабочих пластин клапана необходимо проводить в условиях воздействия газового потока, а также контактного взаимодействия пластин с седлом клапана, обеспечиваемого поджимающими пружинами.
Характерный вид полученных спекл-интерферо-грамм резонансных форм колебаний рабочих пластин при пульсационно-акустическом возбуждении пнев-моклапана приведен на рисунке. Из рисунка а видно, что при отсутствии расхода газа пластины клапана возбуждаются акустическим сигналом и имеют различающиеся формы колебаний на выделенной резонансной частоте. При малом расходе проходящего газа на этапе разгерметизации (рисунок б) увеличивается амплитуда резонансных колебаний верхней пластины и уменьшается амплитуда колебаний нижней пластины. Дальнейшее увеличение расхода приводит к возбуждению автоколебаний, что проявляется в потере устойчивости резонансных форм на верхней и нижней пластинах (рисунок в).
Испытания подтвердили метрологические возможности лазерной системы диагностики на основе стационарного помехоустойчивого ЦСИ, что открывает ее применение для исследования вибраци-онно-деформационных процессов в реальных конструкциях.
Библиографические ссылки
1. Клюев В. В., Бобров В. Т., Артемьев Б. В. Инновационная стратегия развития методов и средств НК и ТД // Тез. докл. XIX Всерос. науч.-техн. конф. по неразрушающему контролю и технической диагностики. М. : Спектр, 2011. С. 24-25.
2. Жужукин А. И. Мобильный спекл-интерферометр для исследования форм колебаний вибрирующих объектов во внестендовых условиях // Труды МАИ. 2011. № 48.
3. Журавлев О. А., Сергеев Р. Н., Долгов А. И. Лазерный спекл-интерферометр для контроля деформаций корпусных элементов летательных аппаратов // Материалы XII Междунар. науч. конф. Красноярск : СибГАУ, 2008. С. 16-17.
Контроль и испытания ракетно-космической техники
а б в
Изменение спекл-интерферограмм резонансной формы колебаний рабочих пластин на частоте 669 Гц при увеличении расхода Q проходящего газа: а - Q = 0; б - Q = 4,7 л/мин; в - Q = 10 л/мин
E. V. Shahmatov, O. A. Zhuravlev, R. N. Sergeev, S. V. Alembekov
Samara State Aerospace University named after S. P. Korolev (National Research University), Russia, Samara
DEVELOPMENT AND APPLICATION OF LASER DIAGNOSTIC SYSTEMS ON THE BASIS OF NOISEPROOF DIGITAL SPEKL-INTERFEROMETR
Based on error correcting speckle interferometer developed a comprehensive diagnostic system allows the study of the stress-strain state of full-scale structural elements under various loading conditions.
© Шахматов Е. В., Журавлев О. А., Сергеев Р. Н., Алембеков С. В., 2012
