Пермские учёные нашли способ повысить надёжность аэродинамической поверхности

В аэрокосмической сфере используют сенсорную технику, чтобы оценить внешние силовые воздействия на аэродинамическую поверхность. Это могут быть удары града, бетонной крошки из-под переднего колеса при взлёте самолёта, частицы космического мусора и т. д.

Учёные Пермского Политеха изучили, как тактильная поверхность сенсорной техники реагирует на внешнее воздействие. Это поможет улучшить систему мониторинга и снизить риски аварий из-за нестабильной работы датчиков.

Тактильные датчики из гибкого полимера измеряют, как объект воздействует на их поверхность. Они используются в высокоинтеллектуальной электронике, помогают человеку управлять машинами и делают роботов чувствительными к прикосновениям.

В современные тактильные покрытия встраивают пьезоэлектрические материалы, которые создают электрические заряды при механическом воздействии, и механолюминесцентные — они светятся, когда их деформируют. Например, с помощью пьезоэлектрических элементов в оптоволоконном датчике можно обнаружить лёд и автоматически его удалить.

Учёные Пермского Политеха исследовали, как сила вдавливания жёстких шаровых частиц (например, града) в сенсорную поверхность влияет на характеристики её колебаний. Эксперимент провели на полимерном слое со встроенным датчиком в виде световода.

Мы создали модель для диагностики внешних воздействий на поверхность с помощью тактильного оптоволоконного покрытия. Датчик в покрытии реагирует на механические воздействия и создаёт свет.

С помощью численного метода и специального ПО мы проанализировали силу вдавливания шаровых частиц. Оказалось, что зависимость между силой воздействия и собственными частотами колебаний покрытия близка к линейной. Это открытие позволит использовать резонансный метод для точной диагностики внешних воздействий, — прокомментировал Андрей Паньков, профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ.

Резонансный метод — это когда информацию об объекте находят по изменениям резонансной частоты микроколебания (вибрации) тактильной поверхности. Он используется, например, в медицинских электронных термометрах.

Исследование учёных Пермского Политеха поможет улучшить точность мониторинга механического воздействия на сенсорную поверхность. Это позволит избежать рисков возникновения аварийных ситуаций в аэрокосмических аппаратах из-за неправильной работы сенсоров или их отказа в критических ситуациях.

Статья опубликована в журнале СФУ «Техника и технологии» за 2024 год. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства „Приоритет 2030“.

01.10.2024