pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2019-10-1-23-31pimi-421Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsУстройство контроля качества токопроводящих покрытий элементов ракетно-космической техникиDevice for Conductive Coatings Quality Control of Rocket and Space Technique ElementsСкворцовБ. B.SkvortsovB. V.

Адрес для переписки: Б.В. Скворцов – Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, г. Самара 443086, Россия.     e-mail: aps@ssau.ru

Address for correspondence: B.V. Skvortsov – Samara National Research University, Moskovskoye shosse, 34, Samara 443086, Russia.     e-mail: aps@ssau.ru

aps@ssau.ruСамсоновА. С.SamsonovA. S.БорминскийС. А.BorminskiyS. A.ЖивоносновскаяД. М.ZhivonosnovskayaD. M.Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. КоролеваРоссияSamara National Research UniversityRussian Federation2019150320191012331Copyright © Скворцов Б.B., Самсонов А.С., Борминский С.А., Живоносновская Д.М., 20192019Скворцов Б.B., Самсонов А.С., Борминский С.А., Живоносновская Д.М.Skvortsov B.V., Samsonov A.S., Borminskiy S.A., Zhivonosnovskaya D.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/421

Широкое применение криогенных топлив в аэрокосмической промышленности обуславливает необходимость дополнительной теплоизоляции топливных баков летательных аппаратов. При этом на теплоизолирующем слое в процессе эксплуатации может возникнуть статический заряд, что при утечке топлива может привести к взрыву. Для исключения подобных ситуаций на теплоизоляцию наносится антистатическое токопроводящее покрытие. Целью работы являлась разработка устройства дистанционного контроля токопроводящего покрытия топливных баков летательных аппаратов, позволяющего оперативно находить и маркировать поврежденные участки.

Разработанная методика заключается в изменении электрической емкости между токопроводящим покрытием контролируемого объекта и сканирующим электродом. Она позволяет определять опасные с точки зрения искрообразования замкнутые по форме дефекты. Сформированы основные технические требования к устройству, а также обозначен требуемый минимальный размер контролируемого дефекта. Рассмотрены конструктивные особенности, необходимые для реализации устройства. Разработана структурная схема, на основе которой создан экспериментальный стенд емкостного контроля, основанный на мостовом методе измерений.

Представлены результаты конечно-разностного расчета электрического поля в структуре емкостного датчика при наличии дефекта, получена зависимость емкости датчика от его смещения над дефектным участком. Полученные экспериментальные данные подтвердили данные теоретических расчетов и корректность математической модели с точностью не хуже 5 %, абсолютная погрешность фиксации дефекта составляет ± 2 мм при скорости сканирования 0,02 м/с. Показано, что суммарная погрешность фиксации координат дефекта при различных положениях датчика воздушного зазора, температуры и скорости сканирования лежит в диапазоне 1,5–6,5 мм. Представленные в статье материалы позволяют повысить безопасность полетов за счет снижения вероятности искрообразования.

The widespread use of cryogenic fuels in the aerospace industry necessitates additional thermal insulation of aircraft fuel tanks. At the same time a static charge may occur on the heat insulating layer during operation which can lead to an explosion if fuel leaks. To avoid such situations an antistatic conductive coating is applied to the insulation. The aim of the study is to develop a device for remote control of conductive coatings of aircraft fuel tanks which allows to quick find and mark damaged areas.

The developed method consists in changing the electrical capacitance between the conductive coating of the controlled object and the scanning electrode allowing to identify hazardous in terms of sparking closed shape defects. The basic technical requirements for the device were formed and the required minimum size of the monitored defect were indicated. The design features necessary for the implementation of the device were considered. A block diagram were developed on the basis of which an experimental bench for capacitive control were created which were is based on the bridge measurement method.

The article presents the results of the finite-difference calculation of the electric field in the structure of a capacitive sensor in the presence of a defect, the dependence of the capacitance of the sensor on its displacement over the defective area was also obtained. As the result of experimental studies the experimental data obtained confirmed the theoretical calculations and the correctness of the mathematical model with an accuracy of no worse than 5 %, the absolute error of fixing the defect ± 2 mm at a scanning speed of 0,02 m/s. Was shown that the total error of fixing the coordinates of the defect at different positions of the air gap sensor, temperature and scanning speed lies in the range of 1,5–6,5 mm. The materials presented in the article make it possible to increase flight safety by reducing the likelihood of sparking.

топливный бактокопроводящее покрытиедефектыконтрольемкостной методfuel tankconductive coatingdefectscontrolcapacitive methodМинобрнауки России (проект.№8.2297.2017/4.6)Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Grant No. 8.2297.2017/4.6)ReferencesОвчаренко, А.Г. Электростатическая безопасность пожарои взрывоопасных производств / А. Г Овчаренко. – Бийск : БТИ АлтГТУ, 2006. – 156 с.Ovcharenko A.G. EHlektrostaticheskaya bezopasnost' pozharoi vzryvoopasnykh proizvodstv [Electrostatic safety of fire and explosive industries]. Biysk, BTI AltGTU, 2006, 156 p.Вавилов, В.Д. Микросистемные датчики физических величин / В.Д. Вавилов, С.П. Тимошенков, А.С. Тимошенков. – М. : Техносфера, 2018. – 500 с.Vavilov V.D., Timoshenkov S.P., Timoshenkov A.S. Mikrosistemnye datchiki fizicheskikh velichin [Microsystem sensors of physical quantities]. Moscow, Technosphere Publ., 2018, 500 p.Шатерников, В.Е. Вихретоковый метод неразрушающего контроля тонколистовых металлических изделий / В.Е. Шатерников, С.В. Клюев. – М. : Машиностроение, 2007. – 173 с.Shaternikov V.E., Klyuev S.V. Vikhretokovyj metod nerazrushayushhego kontrolya tonkolistovykh metallicheskikh izdelij [Eddy current method of non-destructive testing of thin sheet metal products]. Moscow, Engineering Publ., 2007, 173 p.Ландау, Л.Д. Теоретическая физика. Том II. Теория поля / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – М. : ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 304 с.Landau L.D., Lifshits E.M. Teoreticheskaya fi Tom II. Teoriya polya [Theoretical physics. Volume II. Field theory]. Moscow, Physmatlit Publ., 2006, 304 p.Hegg, M.C. Remote monitoring of resin transfer molding processes by distributed dielectric sensors / M.C. Hegg [et al.] // Journal of Composite Materials. – 2005. – No. 39. – P. 1519–1539. DOI: 10.1177/0021998305051083Hegg M.C., Ogale A., Mescher A., Mamishev A.V., Minaie B. Remote monitoring of resin transfer molding processes by distributed dielectric sensors. Journal of Composite Materials, 2005, no. 39, pp. 1519–1539. DOI: 10.1177/0021998305051083Hegg, M.C. Influence of variable plate separation on fringing electric fields in parallel-plate capacitors / M.C. Hegg, A.V. Mamishev // Electrical Insulation, Conference Record of the 1988 IEEE International Symposium on. – 1998. – P. 384–387. DOI: 10.1109/ELINSL.2004.1380606Hegg M.C., Mamishev A.V. Influence of variable plate separation on fringing electric fi in parallel-plate capacitors. Electrical Insulation, Conference Record of the 1988 IEEE International Symposium on, 1998, pp. 384–387. DOI: 10.1109/ELINSL.2004.1380606Батищев, В.И. Измерение параметров емкостных датчиков положения и перемещения / В.И. Батищев, В.С. Мелентьев. – М. : Машиностроение. – 2005. – 124 с.Batishchev V.I., Melentyev V.S. Izmerenie parametrov emkostnykh datchikov polozheniya i peremeshheniya [Measurement of parameters of capacitive position and displacement sensors]. Moscow, Engineering Publ., 2005, 124 p.Самсонов, А.С. Контроль целостности токопроводящего покрытия топливных баков летательных аппаратов / А.С. Самсонов, Б.В. Скворцов // Авиакосмическое приборостроение. – 2015. – № 9. – С. 34–40.Samsonov A.S., Skvortsov B.V. [Monitoring the integrity of the conductive coating of aircraft fuel tanks]. Аviakosmicheskoe priborostroenie [Aerospace Instrumentation], 2015, no. 9, pp. 34–40 (in Russian).Скворцов, Б.В. Проблемы дефектоскопического контроля токопроводящего покрытия топливных баков летательных аппаратов / Б.В. Скворцов [и др.] // Известия СНЦ РАН. – 2016. – T. 18, № 1. – С. 114–118.Skvortsov B.V., Samsonov A.S., Blinov D.I., Ilmurzina S.F. [Problems of flaw detection of conductive coating of aircraft fuel tanks]. Izvestiya SNTS RАN [News SSC RAS], 2016, vol. 18, no. 1, pp. 114–118 (in Russian).Афонский, А.А. Электронные измерения в нанотехнологиях и в микроэлектронике / А.А. Афонский, В.П. Дьяконов. – М. : ДМК Пресс. – 2012. – 688 с.Afonskiy A.A., D'yakonov V.P. EHlektronnye izmereniya v nanotekhnologiyakh i v mikroehlektronike [Electronic measurements in nanotechnology and microelectronics]. Moscow, DMK Press Publ., 2012, 688 p.Цветков, Э.И. Метрология. Модели. Метрологический анализ. Метрологический синтез / Э.И. Цветков. – СПб. : Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». – 2014. – 293 с.Tsvetkov E.I. Metrologiya. Modeli. Metrologicheskij analiz. Metrologicheskij sintez [Metrology. Models. Metrological analysis. Metrological synthesis]. Publishing house SPbGETU «LETI», 2014, 293 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.