Тепловизионный контроль воды в авиационных сотовых панелях в процессе эксплуатации самолетов

• Автор: Нестерук, Денис Алексеевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 158 с. : ил.


Глава 1. Тепловой иеразрушаюший контроль конструкционных материалов(обзор)
1.1 Сотовые авиационные конструкции
1.1.1 Полимерно-композиционные материалы в авиастроении
1.1.2 Сотовые панели
1.1.3 Штатные методы контроля состояния сотовых панелей
1.2 Краткая историческая справка и современное состояние ПК термографии применительно к НК и
технической диагностике
1.2.1 Историческая справка
1.2.2 Тепловизоры и нагреватели
1.2.3 Преимущества и недостатки ИК ТК
1.2.4 Использование методов теории теплопроводности в НК и определении теплофизических свойств
материалов
1.2.5 Алгоритмы цифровой обработки, используемые при ИК ТК
1.2.6 Области применения ИК ТК
1.3 Основные термины, применяемые в ТК
1.4 Основные модели пассивного и активного ТК
1.5 ТК в авиационной технике
1.5.1 ТК при выполнении ремонта и в процессе эксплуатации
1.5.2 Обнаружение воды в сотовых панелях самолетов
1.5.3 Обнаружение воды в теплозащите космических «челноков»
1.5.4 Турбинные лопатки
1.5.5 Контроль коррозии в авиационных конструкциях
1.5.6 Композиционные материалы
1.5.7 Узлы космических челноков и ракет
1.6 ТФХ материалов и выбор информативного параметра для обнаружения воды в сотах
1.7 Выводы по Главе

Глава 2. Моделирование процедуры пассивного ТК воды в сотовых панелях с учетом
фазового перехода «лед-вода»
2.1 Элементы теории теплопроводности
2.1.1 Дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье
2.1.2 Классификация краевых задач
2.2 Использование метода сеток при решении краевых задач теплопроводности
2.3 Моделирование обнаружения воды в сотах
2.3.1 Требования к модели
2.3.2 Ограничения предложенной модели
2.4 Математическая формулировка задачи
2.5 Численный метод решения
2.5.1 Решение одномерной задачи Стефана методом сеток с явным выделением подвижных границ
2.5.2 Алгоритм численного решения
2.6 Работа с программой МиШЬауег-Ю
2.7 Результаты моделирования
2.7.1 Учет графика изменения температуры за бортом самолета при моделировании
2.7.2 Влияние фазовых переходов на развитие температурных сигналов
2.7.3 Влияние фазовых переходов на сигнатуру сигналов от дефектов
2.7.4 Влияние высоты сотовой конструкции
2.7.5 Влияние высоты столбика воды
2.7.6 Оценка колебаний температуры на поверхности обшивки во время фазовых переходов
2.7.7 Выбор оптимального времени обнаружения
2.8 Выводы по Главе

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований
3.1 Задачи экспериментальных исследований
3.2 Экспериментальная аппаратура
3.3 Описание образцов
3.3.1 Искусственный образец
3.3.2 Влияние теплоемкости вставок на изменение температуры во времени
3.3.3 Влияние высоты столбика воды на изменение температуры во времени
3.3.4 Лабораторный тепловой контроль образцов сотовых конструкций, выполненных из различных
материалов
3.4 Результаты тепловизионных обследований самолетов в условиях эксплуатации
3.4.1 Самолет Ту-204 №ХХХХ ОАО «Авиакомпания Сибирь», аэропорт Толмачево, 7 октября 2002 г
3.4.2 Самолет Ту-204 №ХХХХ ОАО «Авиакомпания Сибирь», аэропорт Толмачево, 6 января 2003 г
3.4.3 Самолет Ил-96 ИИТТТ ОАО «Домодедовские авиалинии», аэропорт Домодедово, 16 января 2003 г
3.4.4 Самолет Ту-204 №ХХХХ ОАО «Авиакомпания Сибирь», аэропорт Толмачево, 29 августа 2003 г
3.4.5 Самолет Ту-204 №УУУУ ОАО «Авиакомпания Сибирь», аэропорт Толмачево, 29 августа 2003 г
3.5 Подходы к определению массы воды
3.6 Выводы по Главе

Глава 4. Аппаратурная и программная реализация процедур ТК воды в сотовых
авиационных конструкциях
4.1 Тепловизоры и их характеристики
4.1.1 ИК приемники
4.1.2 Оптика тепловизоров
4.1.3 Основные характеристики тепловизоров
4.1.4 Выбор тепловизора для диагностики сотовых панелей
4.2 Программное обеспечение ТК воды в сотовых конструкциях
4.2.1 Основные требования к программному обеспечению
4.2.2 Возможности программы Visual Matrix 1
4.3 Использование дополнительного источника нагрева для улучшения выявляемости воды в
неблагоприятных условиях
4.4 Выводы по Главе
Выводы по диссертационной работе
Список использованных источников
ПРИЛОЖЕНИЕ А Методика теплового контроля воды в авиационных сотовых конструкциях

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Документы, подтверждающие практическое использование результатов
диссертационных исследований

где а, [Вт/(м2 К)] - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплоотдачи (теплообмена) и характеризующий интенсивность теплового взаимодействия среды заданной температуры Тс с поверхностью тела. В нестационарных процессах температура окружающей среды в общем случае изменяется во времени.
Уравнение (2.3) выражает закон Ньютона. Плотность потока, подводимая (отводимая) за счет теплопроводности к (от) поверхности тела, определяется по закону Фурье, тогда:
-л(~),=±а(Тя-Тг),

где я - внутренняя нормаль к поверхности 5.
В отличие от X коэффициент теплоотдачи а не является физической постоянной, характерной для того или иного вещества. В общем случае этот параметр отражает совместное действие конвекции, теплопроводности и зависит от многих факторов.
Граничные условия 4-го рода соответствуют теплообмену поверхности тела с окружающей средой (конвективный теплообмен тела с жидкостью) или теплообмену соприкасающихся твердых тел, когда температура соприкасающихся поверхностей одинакова. При этом задают условия равенства температуры и плотностей теплового потока на поверхности соприкосновения двух сред (или тел):
Т„ = Г2Л-; (2.4)

2 дп
(2.5)
где —— означает дифференцирование вдоль нормали к поверхности раздела
Равенство (2.4) выражает условие непрерывности температурного поля, а равенство (2.5) - закон сохранения энергии на поверхности соприкосновения двух сред. Условия (2.4) и (2.5) называют также условиями идеального теплового контакта.
Другие виды граничных условий. Кроме граничных условий, рассмотренных выше, возможны другие условия, связанные со специфическими физическими феноменами. Например, при наличии фазовых превращений (промерзания или плавления) на поверхности соприкосновения условие (2.5) заменяется следующим:

-1 Я±

= Р9^, (2-6)

где У - движущаяся граница раздела фаз (1 - твердая, 2 - жидкая); удельная теплота фазовых превращений; и- нормаль к поверхности 5.