В четвёртом измерении безопасности: инженеры МАИ внедрили новый способ проверки прочности авиационных деталей

Фото: Пресс-служба МАИ / Архив

В Московском авиационном институте разработали уникальный метод испытания композитных материалов, которые используются при изготовлении самолётов, спутников и гоночных болидов. Теперь специалисты могут наблюдать, как эти материалы ломаются изнутри в режиме реального времени и в объемном изображении. 

Новый подход представляет собой технологический прорыв на стыке механики композитов, робототехники и 3D-томографии. Он был создан в лаборатории «Прочность» Центра композиционных конструкций МАИ под руководством ведущего инженера Константина Шрамко в рамках программы «Приоритет-2030».

— Мы создали испытательную лабораторию прямо внутри промышленного томографа, — объясняет Константин Шрамко. — На вращающийся стол томографа установлена миниатюрная разрывная машина, в которой образец материала подвергается растяжению, сжатию или изгибу. В это же время рентгеновские лучи сканируют его внутреннюю структуру. Это позволяет получить объемную визуализацию: мы видим рост расслоения или трещины внутри образца в трёхмерном формате с течением времени — получается полноценное 4D-сканирование. Это как сделать рентген кости спортсмену прямо во время забега.

Использование миниатюрных образцов позволяет максимально приблизить рентгеновский источник к объекту, достигая микронного разрешения. Сама же разрывная машина сделана из радиопрозрачных материалов, которые не мешают сканированию и не искажают результат.

Раньше, чтобы понять, насколько прочен материал, его нагружали или растягивали, пока он не сломается. При этом измеряли, насколько он растянулся перед разрывом и какую максимальную нагрузку выдержал в конечном счёте. Но что происходило внутри в момент разрушения — оставалось «загадкой». При этом, чтобы изучить разные стадии разрушения, приходилось ломать десятки одинаковых образцов.

Новый метод позволяет поймать момент расслоения, растрескивания или отхождения волокон задолго до того, как дефект прогрессирует, а вся история повреждения от первой нагрузки до финального разрушения записывается на единственном экземпляре. Это исключает погрешности, связанные с тем, что разные образцы одного материала могут немного отличаться друг от друга. 

Образцы можно вырезать прямо из готовых деталей — например, из элементов конструкции самолёта или корпусов беспилотников и спутников. Это даёт возможность проверить реальное изделие со всеми его особенностями. Такая точность критически важна для авиации и космоса, где цена ошибки чрезвычайно высока. 

Полученные трёхмерные снимки можно сразу загружать в инженерные программы. Это позволяет сверять виртуальные расчёты с реальностью и делать цифровые модели деталей максимально точными. Уже сейчас методика проходит апробацию на реальных проектах МАИ. В перспективе она поможет создавать более лёгкие, прочные и безопасные конструкции для авиационной, ракетно-космической и других высокотехнологичных отраслей.

— Наша цель — не просто наблюдать за разрушением материала, а научиться вовремя его предотвращать, — подытоживает Константин Шрамко. — Когда инженер видит, как именно и где зарождается трещина, он может изменить конструкцию, чтобы ей просто негде было появиться. Это и есть прорывной шаг к технологиям будущего.