Устройство контроля качества токопроводящих покрытий элементов ракетно-космической техники

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.

1. Овчаренко, А.Г. Электростатическая безопасность пожарои взрывоопасных производств / А. Г Овчаренко. – Бийск : БТИ АлтГТУ, 2006. – 156 с.

2. Вавилов, В.Д. Микросистемные датчики физических величин / В.Д. Вавилов, С.П. Тимошенков, А.С. Тимошенков. – М. : Техносфера, 2018. – 500 с.

3. Шатерников, В.Е. Вихретоковый метод неразрушающего контроля тонколистовых металлических изделий / В.Е. Шатерников, С.В. Клюев. – М. : Машиностроение, 2007. – 173 с.

4. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика. Том II. Теория поля / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – М. : ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 304 с.

5. 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: 10.1177/0021998305051083

6. Hegg, 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.2004.1380606

7. Батищев, В.И. Измерение параметров емкостных датчиков положения и перемещения / В.И. Батищев, В.С. Мелентьев. – М. : Машиностроение. – 2005. – 124 с.

8. Самсонов, А.С. Контроль целостности токопроводящего покрытия топливных баков летательных аппаратов / А.С. Самсонов, Б.В. Скворцов // Авиакосмическое приборостроение. – 2015. – № 9. – С. 34–40.

9. 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.

10. Афонский, А.А. Электронные измерения в нанотехнологиях и в микроэлектронике / А.А. Афонский, В.П. Дьяконов. – М. : ДМК Пресс. – 2012. – 688 с.

11. Цветков, Э.И. Метрология. Модели. Метрологический анализ. Метрологический синтез / Э.И. Цветков. – СПб. : Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». – 2014. – 293 с.