Композиты в авиации - история и современность

[Бурундук]

Этот "подарок" я и предлагаю использовать - найдутся люди которым предложенное понравится - хорошо, прогресс в авиации пойдет быстрее. Нет - ну значит время еще не пришло

Беда в том, что в разные регионы планеты время приходит очень неравномерно. Такие системы, причём безо всяких проводов и с намного большим количеством датчиков уже реализованы, и их применение ширится.

Как можно увидеть из дискуссии выше, раньше всех "завтра" в этом плане наступает в Японии. У нас (личное оценочное суждение, основанное на собственном ограниченном опыте) слушают, хвалят, говорят "круто", запрашивают доп. материалы и... всё.

Давайте лучше анекдоты рассказывать.

- Ты не знаешь, насколько иркутское время отстаёт от токийского?
- Лет на тридцать.

 

[Бармалей]

Бармалей
Да, массивы для обучения нейросетей они используют гигантские, причём не только по своему флоту, но и агитируют другие АК вступать в партнёрство. И для каждого нового типа надо будет набирать новый массив данных. Большой вопрос, насколько влияют разные затрагивающие силовую конструкцию модернизации.

Вот в этом и есть вопрос. Массива данных по ПКМ в нервюрах крыла как бы пока не много.
P. S. Ну и сам вопрос нужно ли композитные крыло пока не нашел уверенного ответа. Особенно с точки зрения экономики и дальнейшей утилизации.

 

[Бурундук]

Ну и сам вопрос нужно ли композитные крыло пока не нашел уверенного ответа. Особенно с точки зрения экономики и дальнейшей утилизации.

Бармалей, моё частное мнение.

1. Для проекта МС-21 оно больше во вред, чем на пользу. Проблем много, отдача по ряду причин маленькая.
2. С точки зрения перспективы, возможности освоить новые технологии, попытаться перепрыгнуть через поколение - это правильно.

То есть, на мой взгляд, это экономически неоправданное, но с учётом перспективы технологического развития, возможно, оправданное решение.

А утилизация: на каждого человека в мире в год делается 7 грамм самолётов. А также многие килограммы бытовой техники и десятки килограмм автомобилей. Поэтому это проблема 17-го уровня важности.

 

[El Gato]

Пока летающих самолетов с композитами в ответственных конструкциях только 787 и а350. И 787 пока, на сколько мне известно, не налетал на расчетный срок службы (первые борты приземлили раньше этого срока). И опять же это широкий фюзеляж. Как будут себя вести ПКМ ответственных конструкций в узкофюзеляжных самолетах с большим количеством взлетов - посадок на коротких маршрутах никто пока сказать ее может

А A220 не годится как узкофюзеляжный с композитным крылом? Размах крыла A220: 35.1м, МС-21: 35.9м ... MTOW у A220-300 69.9т, у МС21-300 79.25т, тоже не радикально разный.
И летает, в том числе, и на коротких маршрутах:

CSeries в регулярной эксплуатации с июля 2016. Конечно, это немного, но всё же узкофюзеляжники с композитным крылом есть, и на коротких маршрутах тоже (в т.ч. у Дельты).

 

[Прочнист]

Прочнист, я с вами был бы полностью согласен до недавнего момента.

Очень интересные методы неразрушающего онлайн контроля внедряет JAL - именно АК, а не производители. Там десятки тысяч точек. Используются RFID метки, автоматизированный сбор данных после полёта. Начинали они с тотальной регистрации информации о двигателях через FADEC и предугадывания отказов при помощи хитрой кластеризации, в т.ч. с использованием нейросетей. В последние 2-3 года перешли к планеру.

Ходят слухи, что Lockheed Martin занимается подобными вещами.

К сожалению, ссылок под рукой нет - это из общения. В прошлом году об этом было доложено на конференции ЦАГИ, может быть, кто-то что-то и воспринял. Но сомневаюсь (не знаю просто), реализуется ли что-то подобное на МС-21. Опасаюсь, как вы и пишете, только постфактум и время от времени. А с новым материалом это и впрямь может привести к неприятностям, будем надеяться, без особых последствий.

Конечно, и система JAL не означает возможности отмены "классического" периодического неразрушающего контроля, а служит дополнением к нему.

Я не знаю, что там они на композитах определяют, там совсем другие механизмы разрушения, но для усталости металлических конструкций это не поможет. По причинам, я объяснял каким. Десятки тысяч точек - это хорошо, но как установить датчик под головку болта или заклепки? А пост-фактум определять проросшую трещину - это да, хорошее дело.

На АРЗ, на котором я тогда работал, об этих RFID узнали лет пятнадцать назад. И проблема диагностики стояла очень остро. И инженерное руководство было заинтересовано. И заказчик-оператор флота, совсем небедный, помог бы. Но увы, все довольно быстро заглохло. Нет таких систем в наших краях. И не слышно о них. Ну, разве, Локхид-Мартин разродится...

 

[Бурундук]

Прочнист, в JAL измеряют моды вибрации конструкции, причём в большом количестве точек. А они меняются при появлении дефекта под заклёпкой. И правильно обученная нейросеть, весьма вероятно, увидит отклонение.

Хотя определить проросшую трещину между осмотрами дефектоскопом, пока она не привела к последствиям - тоже хорошо.

Но да, опыт JAL - это для дюраля. Для композитов будут новые заморочки.

 

[Прочнист]

Прочнист, в JAL измеряют моды вибрации конструкции, причём в большом количестве точек. А они меняются при появлении дефекта под заклёпкой. И правильно обученная нейросеть, весьма вероятно, увидит отклонение.

Хотя определить проросшую трещину между осмотрами дефектоскопом, пока она не привела к последствиям - тоже хорошо.

Но да, опыт JAL - это для дюраля. Для композитов будут новые заморочки.

Это да, теоретически спектр колебаний меняется еще до зарождения трещины, а уж при трещине - кардинально. Это все тот же дедовский метод стучания молотком по буксе колеса. На слух диагностику проводили.

Проблема для самолета - как эталонные колебания возбуждать.

 

[Бурундук]

Проблема для самолета - как эталонные колебания возбуждать.

Прочнист, они сами возбуждаются в полёте.

В том то и прелесть качественного перехода к очень большому количеству датчиков, измерений и анализу с помощью нейросетей. Можно работать не с эталонными модами, а с теми, что получаются при реальной вибрации. При этом основную роль играет не сама мода (она будет разной, в зависимости от возмущения), а их соотношение.

 

[Прочнист]

Прочнист, они сами возбуждаются в полёте.

В том то и прелесть качественного перехода к очень большому количеству датчиков, измерений и анализу с помощью нейросетей. Можно работать не с эталонными модами, а с теми, что получаются при реальной вибрации. При этом основную роль играет не сама мода (она будет разной, в зависимости от возмущения), а их соотношение.

Эталонные колебания - это колебания без дефекта. Это определенный набор гармоник (мод по-вашему и их величин). Когда появляется дефект, набор гармоник меняется. Задача определить дельту. И быть уверенным, что дельта вызвана дефектом, а не способом возбуждения колебаний. Если японцы считают, что колебания от турбулентности всегда одинаковы по спектральному составу - ну, им, наверное, виднее.

Повторю, в наших краях пока глухо на эту тему.

 

[Бурундук]

Если японцы считают, что колебания от турбулентности всегда одинаковы по спектральному составу - ну, им, наверное, виднее.

Они так не считают. Спектральный состав, естественно, меняется. Но в соотношении множества мод удаётся выделить постоянные паттерны для комбинации возбуждений для здоровой конструкции. А для больной они другие.

Повторю, в наших краях пока глухо на эту тему.

К сожалению, это совпадает и с моими наблюдениями.

 

[Прочнист]

Они так не считают. Спектральный состав, естественно, меняется. Но в соотношении множества мод удаётся выделить постоянные паттерны для комбинации возбуждений для здоровой конструкции. А для больной они другие.

Ну, дай бог. Прогресс не стоит на месте.

 

[137]

Но в соотношении множества мод удаётся выделить постоянные паттерны для комбинации возбуждений для здоровой конструкции.

И это не зависит от наличия производственных отклонений, доработок или ремонтов иных повреждённых участков конструкции?
Кстати не сказано, какой минимально обнаруживаемый размер трещины у этого метода?

 

[Прочнист]

И это не зависит от наличия производственных отклонений, доработок или ремонтов иных повреждённых участков конструкции?
Кстати не сказано, какой минимально обнаруживаемый размер трещины у этого метода?

Зависит, конечно. Но для каждого места эта уникальная комбинация является эталонным сигналом. Относительно ее и ловят изменение.

В СССР это ответление направления, развитого В.Т. Трощенко из киевского Института Проблем Прочности. На авиационных конструкциях в 1980-х годах рижане что-то пытались измерять, на стендах, естественно. Но уровень был очень примитивным, до анализаторов спектра тогда еще не дошли, работали по общему коэффициенту гармоник (это я в современных терминах интерпретирую).

Чувствительность может быть очень высокой. Зависит от объема материала, "сканируемого" одним "датчиком". Трещина должна быть внутри этого объема. Чем меньше база - тем выше чувствительность. RFID здесь только способ передачи информации.

 

[bombdropper]

В вашем вопросе и содержится ответ - расслоение и трещины это ведь следствие деформаций. Обнаружив деформации вы сможете понять, что идет деградация конструкции и опираясь на локализацию данных провести расширенную проверку проблемного участка конструкции и обнаружить эти самые расслоения и трещины. Иначе вам придется с определенной периодичностью "лазить" по всему самолету и проводить неразрушающий контроль "всего и вся". Чувствительность современных лазерных систем измерений деформаций это доли миллиметра

Это не так.Расслоения в пакете(теле)детали из ПКМ может произойти и без нагрузки без ,например.Деформация есть следствие трещины-расслоения пакета, а не наоборот.С этим как раз у МС-21 ожидаются большие проблемы,так как прочность материала -температура+давление,а выбранной Иркутом технологии давлении создается вакуумным мешком.

 

[bombdropper]

А A220 не годится как узкофюзеляжный с композитным крылом? Размах крыла A220: 35.1м, МС-21: 35.9м ... MTOW у A220-300 69.9т, у МС21-300 79.25т, тоже не радикально разный.
И летает, в том числе, и на коротких маршрутах:
Посмотреть вложение 745980
CSeries в регулярной эксплуатации с июля 2016. Конечно, это немного, но всё же узкофюзеляжники с композитным крылом есть, и на коротких маршрутах тоже (в т.ч. у Дельты).

В А220 использованы другие технологии изготовления силовых элементов крыла в отличии от МС-21.

 

[El Gato]

Корейские борта посмотрите, у них среднее время полета минут 40

Спасибо, про корейцев я забыл... Просто ткнул на FR24 первый попавшийся A220 эйрболтика, и он сгодился в качестве аргумента.

В А220 использованы другие технологии изготовления силовых элементов крыла в отличии от МС-21.

Если вы посмотрите, на что я отвечал в своем сообщении, то это были 2 утверждения:

1) с крылом из ПКМ сейчас летают только широкофюзеляжники B787 и A350​

2) на коротких маршрутах самолеты с крылом из ПКМ сейчас не эксплуатируются.​

A220 был приведен как самолет, опровергающий эти утверждения.

Заметим, что о "технологии изготовления силовых элементов крыла" речь не шла, говорилось о самом материале - ПКМ против металла. Если говорить именно о технологии вакуумной инфузии, то в этом смысле МС21 является уникальным (B787 и A350 тогда тоже не упоминались бы) , но, ещё раз, дискуссия была не о технологии, а о материале.

 

[gourry]

Кстати, не бейте тапками... А если не тензодатчики а аккселерометры? По идее, будут ловить данные по разовым ударам вблизи, и колебательным процессам конструкции в целом. То есть, имеем картинку, что во время полета происходило, и на каких участках происходит что-то некошерное и надо обратить пристальное внимание.

 

[Бармалей]

А A220 не годится как узкофюзеляжный с композитным крылом? Размах крыла A220: 35.1м, МС-21: 35.9м ... MTOW у A220-300 69.9т, у МС21-300 79.25т, тоже не радикально разный.
И летает, в том числе, и на коротких маршрутах:
Посмотреть вложение 745980
CSeries в регулярной эксплуатации с июля 2016. Конечно, это немного, но всё же узкофюзеляжники с композитным крылом есть, и на коротких маршрутах тоже (в т.ч. у Дельты).

Да, а220 это и есть причина моих мыслей в части контроля поведения ПКМ. Пока а220 в airBaltic и Swiss налетели до А- check.
На 787 композитное крыло?

 

[SDA]

Кстати, не бейте тапками... А если не тензодатчики а аккселерометры? По идее, будут ловить данные по разовым ударам вблизи, и колебательным процессам конструкции в целом. То есть, имеем картинку, что во время полета происходило, и на каких участках происходит что-то некошерное и надо обратить пристальное внимание.

не "увидят" акселерометры ничего.
Пьезоэлектрические в области НЧ не работают хорошо, а у наномашинных динамический диапазон плохой.

 

[El Gato]

Да, а220 это и есть причина моих мыслей в части контроля поведения ПКМ. Пока а220 в airBaltic и Swiss налетели до А- check.
На 787 композитное крыло?

Да:

Есть ещё PDF от производителя крыла Mitsubishi Heavy Industries: Production Technology of Large-Scale Composite Wings for Commercial Aircraft - там немного о производственном процессе.