автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Тепловизионный контроль воды в авиационных сотовых панелях в процессе эксплуатации самолетов

На правах рукописи

Денис Алексеевич Нестерук

ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ВОДЫ В АВИАЦИОННЫХ СОТОВЫХ ПАНЕЛЯХ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ САМОЛЕТОВ

Специальность 05.11.13 Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 2005

Работа выполнена в Федеральном государственном научном учреждении «Научно-исследовательский институт интроскопии» Томского политехнического университета

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Вавилов Владимир Платонович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Воробьев Владимир Александрович

кандидат технических наук, доцент Захаренко Владимир Андреевич

Ведущая организация

МНПО «Спектр», г Москва

Зашита диссертации состоится 4 октября 2005 г. в 15 00 ч на заседании диссертационного совета Д212 269 09 при Томском политехническом университете по адресу 634028, г Томск, ул Савиных, 7, библиотека НИИ Интроскопии

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Томского политехнического университета

Авторефераг разослан «_»_2005 г

Ученый секретарь - В Б Винокуров

диссертационного Совета

&595М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В российском и зарубежном авиастроении и космической технике продолжает развиваться тенденция замены конструкций и изделий из металлов на композиционные Практически уже происходит смена поколений композиционных материалов что связано с разработкой новых технологий их изготовления и соединения Так. в российском ракетостроении уже в 1970-е годы начали широко применяться стеклопластиковые материалы изготавливаемые методом намотки Для этих материалов были характерны макродефекты в виде расслоений между отдельными слоями намотки стеклопластиковой ткани На смену стеклопластикам пришли углепластики, демонстрирующие отличное соотношение прочности и массы вплоть до температуры +120°С Например, французский истребитель Mirage использует большое количество панелей, выполненных из углепластика Для данного композиционного материала также характерны дефекты не типичные для металлов, а именно, ударные повреждения (растрескивания композита вдоль углеродных волокон), а также обширные расслоения К новому' поколению неметаллических конструкционных материалов относятся углерод-углеродные композиты обладающие повышенной температурой деструкции Из данного материала спроектированы наиболее ответственные части обшивки нового американского космического мини-челнока Х-33 Наряду со сплошными материалами в авиационной промышленности начали широко применять сотовые изделия, представляющие собой две обшивки между которыми находится ячеистая сотовая структура Ячейки сот изготавливают либо из алюминия либо из специальной бумаги, имеющей в англоязычной литературе название Nomex Номенклатура материалов обшивок сот более разнообразна и включает алюминий, стекло-, боро- и углепластики В авиастроении и космической технике также применяют соты выполненные целиком из металлов (алюминия и титана)

Общей чертой описанных выше новых материалов является то. что для них характерны специфические дефекты, которые образуются в процессе производства и эксплуатации Можно утверждать, что разработчики данных материалов и изделий из них в частности в российском авиастроении столкнулись с необходимостью разрабатывать способы (методы) неразрушающего контроля (НК) которые в определенной степени не могут считаться традиционными

Настоящая диссертационная работа посвящена разработке способа теплового контро ш (ТК) воды в авиационных сотовых панелях, как специфического вида дефектов, появляющегося в процессе эксплуатации самолетов типа Ил-96, Ту-204, Ан-124 «Руслан» Постановка настоящих исследований восходит к концу' ХХ-го века когда первые годы эксплуатации вышеуказанных самолетов продемонстрировали неприятный эффект накопления воды в панелях фюзеляжа элеронов, закрылков и рулей высоты Следует заметить, что в последние годы в России уже имели место несколько инцидентов связанных с локальным разрушением сотовых панелей в воздухе в результате чего была поставлена задача разработки способа НК воды в самолетных панелях

В России специалистами ГосНИИ ГА (Н Т Азаровым и Ю А Миколайчуком) был предложен метод и аппаратура ультразвукового (УЗ) контроля воды в регулярно расположенных отдельных точках самолетных панелей Основным преимуществом данного метода является возможность количественной оценки массы воды в отдельных сотах путем измерения высоты водяного столбика Предельная чувствительность УЗ метода составляет 2 мм по высоте столбика воды (наилучший резу льтат - до 0 5 мм) Основными недостатками метода являются 1) низкая производительность, 2) слабый уровень автоматизации, 3) необходимость использования иммерсионной жидкости и, как следствие, невозможность работы на вертикально-ориентированных поверхностях, например рулях направления и некоторых секциях фюзеляжа а также чисто эргономические трудности контроля при отрицг

В руководящих технических материалах, используемых в авиастроении (РТМ 1 2 167-2000 «Нсразру шающий контроль сотовых панелей летательных аппаратов в условиях ремонта авиационной техники радиационным и тепловизионнычи методами» 2000) наряда с ТК описанным ниже, регламентируется радиационный метод Однако его применение, как правило возможно лишь на заводах-изготовителях и в некоторых случаях при ремонте В большинстве случаев обследовании на стоянках и в ангаре применение радиационного метода затруднительно в силу требований техники безопасности, и как следствие обструкции со стороны персонала авиационно-технических баз (АТБ)

Исследования последних тет проведенные в Томском НИИ интроскопии в сотр\лничествс со специалистами ГосНИИ гражданской авиации (ГА), НИИ ремонта авиационнои техники МО РФ и АТБ аэропортов Шереметьево (г Москва) и Тотмачсво (г Новосибирск) показали что при обнаружении воды в сотовых панелях реализуются такие скрининровые характеристики теплового (тепловизионного инфракрасного (ИК) термографического) метода контроля как дистанционность высокии уровень автоматизации и документирования а также высокая производитетьность обследовании Тепловой метод описан в документах по эксплуатации некоторых типов самолетов фирм Boeing и Airbus Industry Следует подчеркнуть, что в данных документах регламентирован активный способ испытаний путем нагрева самолетных панелей непосредственно на самолете с помощью так называемого «теплового одеяла», либо в условиях ангара на снятых с самолетов панелях Детали процедур контроля составляют ноу хау у казанных фирм

Настоящим диссертационяьш исследования предшествовала разработка активного способа ТК при нагреве оптическими источниками (кандидатская диссертация А Г Климова защищена в 2002 г , научный руководитель В П Вавилов)

Актуальность настоящих диссертационных исследований обу словлена 1) расширяющимся применением сотовых конструкций в отечественных самолетах нового поколения. 2) экспериментально установленным фактом накопления воды в сотовыч панелях что квалифицируется как опасный эксплуатационный дефект, 3) необходимостью разработки пассивного способа ТК который не связан с использованием на стоянках уюшных нагревателей, 4) целесообразностью разработки способа приближеннои оценки массы воды по результатам тспловизионных измерений

Разработанная тема выполнялась по 2-м грантам Минобразования РФ 1) «Методика и программное обеспечение тепловизионной диагностики воды в сотовых панелях самолетов в процессе эксплуатации» (приказ Министерства образования Российской Федерации от 12 мая 2003 г N22056), 2) «Программное обеспечение теплового контроля дефектов в композиционных материалах и изделиях, используемых в авиакосмическои технике» (приказ Федерального агентства по образованию от 5 августа 2004 г № 2013)

Целью диссертационной работы является разработка метода пассивного ТК воды в авиационных сотовых конструкциях при одностороннеу! доступе с элементами тепловой дефекточетрии

Методы исследований. Для моделирования поставленных задач использовались методы теории теплопередачи для численного решения уравнения теплопроводности использовался метод формальной замены производных конечно-разностными отношениями с использованием явной схемы При расчетах, моде шровании и программировании применялся математический пакет MatLab и среда программирования Borland С++ Builder

Научная новизна:

• Предложена одномерная математическая модель обнаружения воды в авиационных сотовых конструкциях основанная на решении задачи нагрева в среде многослойной пластины в стоях которой возможны фазовые переходы с движущимися границами в частности, таяние льда Модель реализует различные варианты нагрева сотовых конструкций, в том числе нагрев в среде с температурой, изменяющейся согласно графику посадки самолетов Определены границы применимости одномерной модели в зависимости от материала сотовой конструкции, в частности для композиционных сот размер дефектных зон должен быть не менее 30x30 мм

• Разработан алгоритм численного решения задачи ТК воды в сотовых конструкциях с фазовым переходом реализованный в программе МЫЫауег-Ш и позволяющий оптимизировать время проведения ТК в зависимости от материала сот, массы воды, метеорологических условий и графика посадки самозета Погрешность расчетов с помощью программы Мц1иЬауег-10 не превышает 2 3% в предельных случаях по сравнению с известными моделями В рамках предложенной модели исследовано влияние теплофизических и геометрических параметров сотовых конструкций, а также высоты столбика воды, на информативные параметры ТК Результаты теоретического анализа совпали с данными экспериментальных исследований на у ровне 1 ">% по температу ре и 7% - по времени регистрации температурных сигналов

• Установлено, что фазовое превращение лед-вода приводит к появлению характерного «плато» во временном развитии поверхностной температуры панелей самолетов причем его продолжительность составляет от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от массы воды и материала сот Рекомендовано производить диагностику сотовых панелей в течение указанного периода времени, когда температура бездефектных панелей близка к температуре окружающей среды а температура в дефектных зонах близка к температуре таяния льда

• Предложено два способа оценки массы воды в сотовых конструкциях, основанных на определении длительности температурного «плато» в развитии поверхностной температу ры а также на оценке площади, занимаемой зонами с водой

Практическая ценность:

• Разработана методика пассивного ТК воды в авиационных сотовых конструкциях

• Выполнены обследования нескольких самолетов российских авиакомпаний «Сибирь» и «Домодедовские авиалинии» в результате чего обнаружены потенциально опасные зоны скопления воды в сотовых панелях элеронов закрылков фюзеляжа, рулей направления и высоты

• Предложено улучшать выявляемость зон скопления воды в авиационных сотовых панелях путем маломощного нагрева панелей потоком горячего воздуха производимого например, установкой МП-3^0, которая штатно используется на самолетных стоянках для очистки поверхности самолетов от льда и подогрева салона

• Предложено использовать тепловизионный контроль в качестве скринингового метода в сочетании с УЗ методом НК

• Результаты диссертационных исследований использованы в Томском политехническом университете при разработке методических материалов по курсу «Тепловой контродь и диагностика» включая 5 лабораторных работ

Достоверность результатов обеспечивается соответствием базовым научным положениям, применением корректной математической моде ти испотьзованием в экспериментальных исследованиях сертифицированной тепчовизионной аппаратуры удовдетворительным совпадением теоретических и экспериментальных результатов

Положения, выносимые на защиту:

• Пассивный ТК воды в сотовых конструкциях не пред}сматривает наличия дополнительного источника тептовой стимуляции тем не менее в нем также испотьчоваи нестационарный режим нагрева который возникает после посадки самолета Экспериментальные исследования показали, что температурные «отпечатки» скрытой воды на наружных поверхностях сохраняются в течение большего промежутка времени нежели это предсказывает классическая теория ТК, учитывающая механизм чистои теплопроводности Модель ТК воды в сотах должна быть модифицирована с учетом феномена фазового превращения льда в воду

• Наличие фазового перехода лед-вода позволяет оптимизировать процедч тепловизионного контроля с учетом типа сотовой панели массы воды и метеорологических условии Для сотовых конструкций из композиционных материалов оптимальный период ТК составляет до нескольких часов после посадки самолета в то время как алюминиевые сотовые панели следует контролировать в течение приб лизигельно одного часа после посадки

• Существенное различие в теплоемкости воды и конструкционных материалов позволяет использовать динамические параметры изменения температурного поля для приближеннои оценки массы воды

• Методика пассивного ТК воды в сотах включает оптимизацию времени проведения испытаний на основе численного решения задачи нагрева сотовой конструкции (разработанная автором программа Multilayer-ID) а также обработку панорамных инфракрасных термограмм с помощью разработанной программы Visual Matrix 1 1

Апробация работы и публикации. Результаты диссертационных исследовании отбтикованы в 14-ти печатных работах, обсуждались на 5-ти международных конференциях «Thermosense» (2003, США), «Quantitative infrared thermography - QIRT» (2004, Бельгия). 'Modem techniques and technology" (2004, Томск) 7-й Международной практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (2003 Томск) 10-й Международной практической конференции студентов, аспирантов и молодых \чены\ (2005 Томск), оформлены в виде методики, переданной в ГосНИИ ГА и используются авиационно-техническими базами (АТБ) аэропортов «Домодедово» и «Толчачево»

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, 2 приложений изложенных на 15 8 страницах, машинописного текста, содержит 91 рису нок и 6 таб тип

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой в диссертационной работе проблемы, о преде лены цель и задачи исследования, выделены основные положения отражающие новизну и практически ю значимость работы

Глава 1 содержит обзор истории и современного состояния ТК преимущественно с точки зрения его применения дл контроля материалов и изделий используемых в авиакосмической технике

Благодаря оптимальному сочетанию конструкционных, теплофизических и специальных свойств, в частности, прочности и жесткости, полимерно-композиционные материалы (ПКМ) в большом объеме применяются в конструкциях летательных аппаратов (ЛА) Например, в конструкции планера и в интерьере внедряемого в настоящее время российскими авиакомпаниями самолета Т\ -204 объем применения ПКМ составляет 14% от общей массы а в перспективных пассажирских аэробусах эта ве ¡ичнна достигнет 2^% Следует заметить, что в конструкциях вертолетов объем применения ПКМ (\пс-стекло- и органопластики) и гибридных материалов существенно выше, чем в само 1етны\ конструкциях и в изделиях последних модификации достигает 60% от массы

ft

Использование ПКМ на основе углеволокна - одно из эффективных средств снижения массы конструкции Совершенствование прочностных деформационных теплофизических характеристик углепластиков и повышение их теплостойкости даст возможность использовать их не только в слабо- и средне нагруженных конструкциях пассажирских самолетов (интерьере средствах механизации крыльев зализах, обшивке сотовых панелей), но и в перспективе, по аналогии с военными самолетами в высоконагру женных деталях типа крыльев, вертикальных ру лей и т п

Применение ПКМ в конструкциях несущих винтов, лонжеронов обшивки и нервюр хвостовых секций, обшивок сотовых панелей руля киля, стабилизатора, топливных баков антенных обтекателей обеспечивает снижение веса на 30% увеличение ресурса в 2-4 раза а также существенное повышение «боевой живучести» военных летательных аппаратов Эффективным является также применение ПКМ для изготовления лопастей вентиляторов для двигателей самолетов Ан-70 Ил-114, Ан-140 Ан-38 Благодаря снижению массы лопастей (по сравнению с алюминиевым сплавом на 66%) обеспечивается высокая тяга на старте, сокращение разбега при взлете и посадке, снижение в 2-3 раза шума и вибрации, расхода топлива на 25% и повышение КПД до 0 85 .0 88

В настоящей диссертационной работе исследуются сотовые конструкции, основными преимуществами которых являются высокая жесткость и большая удельная прочность Авиационные сотовые панели представляют собой две обшивки, между которыми находится ячеистая сотовая структура, которая состоит из соединенных профилированных листов, образующих замкнутые ячейки квадратной или шестигранной формы В конструкциях с несущими слоями из алюминиевого сплава материалом заполнителя обычно служит алюминиевая фольга (или бумага типа Nomex) соединяемая с несущими слоями при помощи клея Толщина обшивки из дюралюминиевых листов составляет 0,5-1,5 мм, типичная толщина самих сот из алюминиевой фольги сот — 0,1 мм Такие конструкции использованы в российских само чета v последнего поколения Ил-76 Ил-86 и др а также в европейских аэробусах А-310 (Airbus Industry) Сотовые конструкции, выполненные из ПКМ. применяют на российских самолетах Ан-72, Ил-96. Ту-204 вертолетах Ка-50 В конструкции фюзеляжа и крыльев самолетов Ту-204 и Ил-96 сотовые конструкции из ПКМ составляют 30% от общей площади фюзеляжа и крыла

Сотовые констру кции самолета Ту -204 выполнены из ПКМ дву х типов 1) «органит» (обшивка) и бумажных сот, из которых выполнены сотовые клинья рулей высоты, руля направления и панели «зализов» крыла-фюзеляжа в районе отсеков для основных стоек шасси самолета, 2) ПКМ типа углепластика, который используется при изготовлении закрылков, элеронов, тормозных щитков и интерцепторов самолета

Серьезным дефектом сотовых панелей является отслоение обшивки от сотового заполнителя (Рис 1) Причинами появления этого вида дефекта являются следу ющие

• брак, допущенный при изготовлении, те плохие адгезионные свойства клея или непроклей поверхностей,

• наличие воды в сотовой конструкции,

• отслоения, вызванные механическими воздействиями (ударами) на панель, данный тип дефекта может возникать, например, при хождении обслуживающего персона за по поверхности панелей

Рис. 1. Отрыв обшивки сотовой панели из-ча плохих сцепных свойств клея Отсутствие контроля конструкции из композиционных материалов привело в 2001 г в США к катастрофе аэробуса А-300, на котором в процессе взлета оторвался киль полностью изготовленный из ПКМ Полагают что основной причиной катастрофы было "старение" композиционных материалов и потеря им прочностных свойств Методов надежного НК данного вида дефектов в экспзуатационный период нет и до настоящего времени

При эксплуатации отечественного самолета ТУ-204 также иче ш место инциденты связанные с выходом из строя ру ich высоты, изготовленных из ПКМ Причинои выхода из строя рулей высоты являлся отрыв обшивки сотовой панели при посадке самолета

В настоящее время практически все методы контроля состояния сотовых панелей направлены на обнаружение отслоений, которые как отмечено выше являются следствием наличия воды в сотовом заполнителе или в самой обшивке сотовой пане та К данным методам относятся визуально-оптическии. УЗ, радиационный, тстовои и метод простукивания

Вшуально-оптический метод. Наибольшее количество карт контроля сотовых панетеи относится к визу ально-оптическому методу - самому простому и оперативному Этим методом выявзяются только видимые глазом дефекты, что в ряде случаев является достаточным

Метод простукивания. Данный метод позволяет по зв\ку определять места отслоения панелей еотовыч конструкции В данном методе оператор, используя специальный молоток аккуратно простукивает сотовые панези и по звуку находит места с отслоениями

Радиационный метод. Применение радиационного У1етода ограничивается лабораторныущ уезовиями что связано со специфическими требованияуш безопасности Наилучшие результаты достигают использованием радиационного метода (радиографии или рентгенотелевидения) Недостатками этого метода являются 1) невозможность одностороннего контроля, 2) неприятие радиационного метода гражданскими авиакомпаниями (диагностические и ремонтные работы проводят в ангаре сразу на нескольких самолетах с использованием многочисленного персона за) 3) в случае радиографии расход тенки весьма велик и стоимость диагностики высока 4) в случае «сэндвичевых» панелей при двухстороннем радиационном контроле невозможно определить, в каком слое находится вода

УЗ метод. В российских аэропортах применяется УЗ метод, предложенный в ГосНИИ ГА и ряде КБ При обнаружении отслоении сотовых панелей используются малогабаритные иушедансные дефектоскопы ИД-91М и ДАМИ-С Для прямого обнаружения зон с водой в сотовых панелях испозьзуется УЗ установка УКВС-1 разработанная в ГосНИИ ГА

Тепловой метод контроля. В данной работе рассматривается возуюжность применения ИК метода ТК, или ИК термографии для обнаружения зон с водой в сотовых панелях самолетов Тепловой метод использует разность теутератур дефектной и

бездефектной зон объекта при воздействии на него тепловой энергии Появление на рынке современных измерительных тепловизоров характеризующихся малой массой, неохлаждасмыми приемниками излучения и высокой чувствительностью, делает применение ТК привлекательным с точки зрения практики Данный метод характеризуется большой оперативностью и способностью обследовать достаточно большие площади за непродолжительное время Вода в сотовых панелях в силу своей высокой теплоемкости может создавать значительные температурные сигналы на поверхности сотовых панелей, что является важной предпосылкой к разработке и внедрению метода

За рубежом соответствующие нормативы, регламентирующие применение ТК для обнаружения воды в сотовых панелях, приняты в компаниях Boeing и Airbus Industry В обоих случаях речь идет об активном ТК поскольку процедура диагностики предусматривает нагрев обследуемой панели либо непосредственно на самолете в частности, с помощью так называемого контактного «теплового одеяла» (методика фирмы Airbus Industry) либо в условиях ангара, если панель можно снять с самолета (методика фирмы Boeing) Методики пассивного ТК в мировой практике отсутствуют

На основе обзора состояния тепловидения приведенного в Главе I сделан вывод о пригодности современных коммерческих тепловизоров для диагностики самолетов в пассивном режиме

Преиму ществами теплового метода являются

• высокая производительность осмотров, в пассивном режиме ТК эквивалентен визуальному осмотру производимому с большого расстояния, крупногабаритные объекты испытаний такие как самолеты котлы здания осматриваются в течении нескольких часов, в активном режиме производительность контроля зависит от эффективности нагревателя но в любом случае она выше чем при использовании большинства других методов НК

• ТК может использоваться как скрининговый метод, те в комбинации с другими методами испытаний в этом случае с помощью тепловизора локализуют зоны с дефектами (т е получают качественную информацию) а использование других методов позволяет получить количественную оценку дефектов,

• бесконтактный характер метода, данный метод может применяться к любым материалам и практически не требует каких-либо операций по подготовке поверхностей за исключение некоторых случаев (необходимо нанесение черной краски на поверхность некоторых металлов, например алюминия) теоретически, все виды поверхностных и подповерхностных дефектов создают теушературные сигналы, что делает ТК менее чу вствительным к физической природе дефектов, чем большинство других методов НК,

• возможность анализа быстрых температурных процессов, что позволяет получать информацию о характеристиках тонких или высокотеплопроводных материалов,

• ИК термография рассматривается как метод, поставляющий преимущественно качественную инфоругацию. однако последние достижения в обработке данных позволяют получать и количественную информацию о дефектах

НедостаткаУ1и метода являются следу ющие

• на температурные сигналы от дефектов накладывается специфический шум. обусловленный случайными изменениями оптических свойств поверхности образца и неоднородностью структуры материала вследствие этого, практически невозможно использование паспортного теушерату рного разрешения современных тепловизоров, которое достигает 10 мК что в принципе позволило бы обнаруживать весьуи угалые дефекты снижение уровня шумов представляет достаточно сложную задачу развитой обработки сигналов

• зависимость температурных сигналов от размера дефекта, в частности, при одностороннем ТК глубина дефекта является одним из факторов, ограничивающих чувствительность метода,

• подповерхностные дефекты дают сглаженные температурные отпечатки, что ставит задачу определения истинной формы дефекта

В Главе 1 также описаны основные физические процедуры активного и пассивного ТК а также алгоритмы цифровой обработки результатов ТК, включая 1) способы раннего и оптимального наблюдения, 2) тепловую томографию. 3) полиномиальную аппроксимацию. 4) импульсную фазовую термографию, 5) метод анализа главных компонент. 6) нейронные сети и др Упомянуто, что теоретической основой метода являются решения задач теплопроводности для тел со скрытыми дефектами

В отличие от классического активного ТК материалов, где применяют в качестве информативного параметра применяют безразмерный температу рный контраст, в задачах пассивного ТК рекомендовано использовать дифференциальный температурный сигнал ДГ(г) (Т-температура г-время) причем параметром оптимизации процедур испытаний

является отношение сигнал/шум в виде где <Т(г)-стандартное

отклонение температурного шума

Глава 2 посвящена математическому моделированию задачи ТК воды в сотовых конструкциях Приведен краткий обзор типичных краевых условии и численных методов решения задач теплопроводности

Типичная сотовая панель включает шестигранные ячейки размером 8 мм, выполненные из алюминиевой фольги толщиной 0 1 мм Толщина обшивки из дюралюминиевого листа или ПКМ составляет от 0 5 до 15 мм Высота ячейки может изменяться от 5 до 50 и более мм Сотовая структура крепится к внешней обшивке при помощи полимерного клея, толщина которого достигает 0,4 мм Модель сотовой панели с шестигранными ячейками (сотами) и единичной ячеики представлен на Рис 2

При моделировании тепловых процессов внутри дефектной сотовой панели учитывались следующие факторы

• многослойность панели (алгоритм должен быть независим от числа и ТФХ с тоев).

• наличие фазовых переходов внутри слоев, внутри некоторых слоев могут происходить фазовые переходы, которые приводят к выделению или попощению дополнительной теплоты, а также к изменению ТФХ этого слоя,

• наличие граничных условий 2-го (использование подогрева) и 3-го (пассивный способ контроля) рода при взаимодействии поверхности сотовой панели с окружающей средой,

• сложная конфигурация ячеек сотовой панели,

• наличие воды в группе близкорасположенных ячеек

• трудоемкость алгоритмов численного расчета тепловых полей с учетом фазовыч. переходов, в использованных литературных источниках приводятся примеры моделирования только для одномерных и двумерных моделей, причем для тет простой формы

ВШДУ!

Дюралюминиевая ити ПКМ ибииш (.и 1.1ЖЧ 1С1СН

,5-1 им)

Дюрвдюминиеван перегородка (0,1 мм)

Води, и.|

Высота сош 5 - 50мм Рис. 2. Модель сотовой панели и единичной ячейки

Учитывая вышеперечисленные факторы, для моделирования принята одномерная многослойная модель сотовой панели, представленная на Рис 3 Данная модель не учитывает наличия стенок сот внутри панели Ее принципиальное отличие от модели использованной в диссертации А Г Климова состоит в том, что рассматриваемая многослойная структура включает движущиеся границы слоев на которых имеют место фазовые переходы (заметим, что движущаяся граница может появляться не только внутри структуры, но и на поверхности (слу чай наружной корки льда)

Дюралюминиевая или ПКМибцпшка

(0,5-1,5 мм)

* лон ли-итерного клея (0,4 мм)

Сдой воздуха

СюПводы, П.Д.1

Общая высота' 5 - 50мч

Рис. 3. Одномерная модель сотовой панели

Математическая формулировка задачи математической модели анализируемой в диссертационной работе, имеет вид

дТ . Э2Т <7>—= А— , дт Эх

Эх

хдТ(хь)_х дГ,Ы 'Эх ' дх

(1)

(2)

- Г, (x,)) + Д = pqW(xh) (5)

Уравнение (I) является нестационарным уравнением теплопроводности в декартовых координатах для каждой из фаз системы уравнение (2) - аналитическое выражение граничных условий 3-го рода для неподвижных границ. (3) - усчовие непрерывности тепловых потоков на неподвижных границах (4) - условие непрерывности тепловых потоков для подвижных границ, уравнение (5) - граничные условия 3-го рода для внешних подвижных границ. W{x)- скорость движения границы фазового перехода, с- удельная теплоемкость материала 7-го слоя, р - плотность, Л -теплопроводность материала 7-го слоя, q- удельная теплота фазовых превращений а-коэффициент теплообмена на поверхности объекта, ТтЬ - температура окружающей среды, хъ - координата движущейся границы слоя, на которой происходят фазовые превращения Тш„ - температура фазовых превращений (таяния льда)

В Главе 2 получены следующие разностные выражения для задачи теплопроводности в многослойной структуре со слоями с фазовыми переводами и со слоями без фазовых переходов

ТГ =77 + m(Tt\ -2Т;+ТЪ)

al 1 ■ (6)

т = — < — h' 2

JT л. hT"

<П+1 _ <юиА I

,1--

ь =

ha

1 г =-

1 + Ь L

(7)

(8)

с + Ъ

ь = ц_ с =

Л, ' к

z = z + — (L, -~ •Г"'"] - /. (7"'" ~ Т"'+\1л (9)

РЧ z-bd*h ' (bd + l)*h — z

К.

»,

b - z - bd * h.

1 + h* c + b*c

2 *AX*1

b*h(b + h) ,*h*t+T£,*b*c

1+h*c+b*c

2 *A,*1

(10)

b = (bd+l)*h-z.

b * h(b + h)

1 - c(b - 2) (12)

z-(hd + \)*h c = V/

z-bd*h ' h2

Уравнение (6) предназначено для вычисления температуры в уззах внутри фаз. исключая граничные у злы Уравнение (7) позволяют определить температуры на внешних границах причем h - расстояние между узлами Т" и Т" Уравнение (8) используют для вычисления температуры на неподвижных границах между фазами Уравнение (9) - для вычисления нового местоположения границы фазового перехода на временном слое (л + 1) Уравнение (10) позволяет вычислить температуры в узле bd (граница фазового перехода находится между у злами bd и (bd +1), причем на новом временном слое граница не должна переходить через узел (bd + \) Уравнение (11) предназначены для вычисления температуры в узле (bd +1), при тех же условиях, что и для уравнения (10) Уравнения (12) используют для вычисления температур в узлах bd и (bd +1), но при условии, что на новом временном слое граница фазового перехода перешла через узел '(bd +1)

Вышеописанный алгоритм был реализован в программном продукте MultiLayer-lD. предназначенном для решения нестационарной одномерной задачи теплопроводности для многослойной структуры с неограниченным по заданию чистом слоев в структуре при граничных условиях 3-го рода (Рис 4)

\

л ni/,

О ВПДЛ)

V)

слои структуры

В11ДЛ* '

Рис. 4. К математической постановке задачи нагрева многослойной пластины с фазовыми превращениями в любом из слоев

Наличие в программе базы данных позволяет пользователю изменять, добавлять редактировать и сохранять информацию о материалах (ТФХ материалов), слоях (материал слоя, толщина слоя), структурах (составляющие слои, число узлов), сессиях (для параллельного решения задачи теплопроводности в нескольких структурах)

С помощью программы Ми1йЬауег-Ш был выполнен цикл расчетов для сотовых конструкции с обшивкои из алюминия и ПКМ, схема которых изображена на Рис 3 Расчеты были направлены на выявление различий во временном и пространственном поведении температурных сигналов в дефектных зонах без учета фазовых превращений и с их учетом Пример приведен на Рис 5 Толщина сотового заполнителя равна 8 мм. начальная температура 0°С. нагрев происходит в среде с температурой 30°С Первая модель соответствует структуре, полностью заполненной воздухом, вторая - структуре, которая заполнена водой наполовину (фазовые переходы не учитываются), третья -аналогична второй, но с учетом фазовых переходов

Как видно из графиков Рис 5, амплитуда температурного сигнала для модели, где учитываются фазовые переходы, практически вдвое превышает температурный сигнал,

возникающий в модели без фазового перехода Соответственно, характерное время развития сигнала во ¡растает приблизительно в 3 раза Наиболее характерной чертой развития температурного сигнала при наличии фазовых превращений является появление «температурного плато», которое обусловливает отмеченные выше особенности изменения амплитуды сигнала во времени

Если учитывать незначительный нагрев воды (от 0 до 2ПС) в процессе фазового перехода то диапазон температур рекомендуемый для проведения обследования, для обшивки из ПКМ составляет от 0 5 до 4°С а для обшивки из алюминия от 0 до I 5иС

Рис. 5. Влияние фазовых переходов на температурные сигналы

(1 - бездефектная структура.

2 - дефектная структура>без учета фазовых переходов.

3 - дефектная структура с учетом фазовых переходов.

4 - температу рный сигнал для стру ктуры 2

5 - температурный сигнал для структуры 3

Численные эксперименты позволили сделать вывод о том, что высота сот при одной и той же массе воды слабо влияет на параметры поверхностного температу рного сигнала в то время как уменьшение массы воды приводит к сокращению оптимального периода наблюдения Показано что диагностику сотовых конструкций планера самолета целесообразно проводить в те моменты времени когда в дефектных зонах происходят фазовые превращения, а температура бездефектных зон принимает температуру (

окружающей среды, что позволит с большей достоверностью оценивать местоположение дефектных зон и определять их площадь

Глава 3 посвящена описанию результатов экспериментальных исследований »

которые проводились как на лабораторных образцах сот в которых было возможно контролировать массу внесенной воды, так и на эксплуатиру емых самолетах Ту-204 и Ил-96 авиакомпаний «Сибирь» и «Домодедовские авиалинии» Для регистрации температурных полей использовали тепловизоры ТЬегтоУ15Юп-570 и ТЬеппаСат-Е2 В некоторых случаях в качестве нагревателей в лабораторных условиях применяли фен и лампы различного типа, в полевых условиях была использована штатная у становка МП-350

На Рис 6 показано изменение поверхностной температуры стандартного образца с обшивкой из стеклопластика Экспериментальные данные совпали с теоретическими с погрешностью, не превышавшей 15% по амплитуде и 7% по времени «темпералурного плато»

Рис. 6. Развитие температуры во времени на поверхности стандартного образца с обшивкой из стеклопластика, содержавшего воду массой 50 г (кривая В), 11 г (кривая О) и 7 г (кривая С), кривая А соответствует бездефектной зоне

от массы воды

Как и было предсказано теорией, длительность «температурного плато» зависела от массы воды, что позволило получить соответствующую калибровочную зависимость, представленную на Рис 7 Тем не менее, на данном этапе исследований нельзя рекомендовать данный график для практического применения, поскольку калибровочные значения зависят от температурного «напора», условии теплообмена и толщины обшивки, т е параметров, которые затруднительно контролировать на практике (в особенности, это

относится к коэффициенту тептообчена, величина которого зависит от скорости ветра расположения контролируемой панели и т п )

Пример термограммы сот с водой, полученной в лабораторных условиях приведен на Рис 8

Рис. 8. Термограмма сот из стеклопластика, содержавших 6 г воды

Полевые обследования проводились в 2003 и 2004 гг в аэропортах Толмачево (г Новосибирск авиакомпания «Сибирь») и Домодедово (г Москва, авиакомпания «Домодедовские авиалинии») на трех самолетах Ту-204 (сотовые панели из композиционных материалов) и одном самолете Ил-96 (сотовые панели из алюминия) В ряде случаев результаты тепловизионной диагностики сравнивали с данными УЗ контроля выполненного специалистами ГосНИИ ГА (Н Т Азаровым)

в)

Рис. 9. Результаты НК левого элерона самолета Ту-204 (7 октября 2002 г.):

а - ИК термограмма, амплитуда температурного сигнала до 4 5"С в зоне с водой, б - фотография элерона.

в - результаты УЗ контроля (за I 5 месяца до ТК)

»

Некоторые экспериментальные данные иллюстрирующие возможности тепловизионной диагностики приведены на Рис 9-12, в том числе в сравнении с данными УЗ метода (Рис 9) *

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработано два подхода к оценке массы воды Первый подход основан на использовании калибровочных зависимостей изображенных на Рис 7 Представляется, что данный способ может применяться только в лабораторных условиях Второй подход основан на комбинации УЗ и ИК термографического метода Используя ИК термографический метод оператор определяет контуры дефектных зон и площадь зоны, а затем с помощью УЗ метода

оценивает среднюю высоту столбика воды для дефектной зоны Сущность данного способа в диссертационнои работе не раскрывается поскольку подана заявка на патент

В Главе 4 обоснован выбор моделей пригодных для диагностики воды в эксплуатируемых самолетах Обследование самолета производится на летном поле в сжалые сроки (в течение 2-3 часов после посадки самолета) При поиске участков с водой в сотовой панели оператора должны интересовать зоны с температурой близкои к теуплературе плавления льда поэтому следует применять измерительным тепловизор Источник питания должен быть автономным, с комплектом сменных батареи Тепловизор должен быть небольшим по размерам и иметь малую yiaccy (2-3 кг) Важное значение имеет возможность оперативной записи резу льтатов осмотра на внутренний съемный носитель информации, например, на флэш - карту Практически все современные тепловизоры используют 12-ти, 14-ти или 16-ти разрядные АЦП, что позволяет оцифровывать весь динамическии диапазон без потери информации и избежать процедуры подстройки динамического диапазона, необходимой в старых моделях тепловизоров с S разрядныуш АЦП

Рис. 11. Термограмма левого закрылка Рис. 12. Термограмма правого закрылка самолета Ту-204 с отметкой воды самолета Ил-96 с отметкой воды

В Главе 4 показано что сформулированным требованиям отвечает значительное число моделей коммерческих тепловизоров, в частности, производимых фирмами FLIR Systems (США). NEC (Япония) «ИРТИС» (Россия) и др

Для обработки экспериулентальных данных разработано специализированная программа Visual Matrix 1 1, которая позволяет открыть необходимое для работы количество термограмм произвести формирование панорамного изображения и объединить эти термограмчы в одну температурную матрицу В Главе 4 описаны возуюжности указанной программы Наиболее оригинальной опцией програчуш является возможность оценки массы воды путем бинаризации и обработки в истинных разуюрах (использования маркера) панорамных терчограмм Су б-окно програушы и бинарная карта дефектов элерона самолета Гу-204 приведены на Рис 13

Рис. 13. Оценка массы скрытой воды в элероне самолета Ту-204

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

• Вода является специфическим веществом с точки зрения ее высокой теплоемкости Дефектные участки сотовых структур, содержащие воду характеризуются повышенной тепловой инерцией что позволяет обнаруживать их в процессах нестационарной теплопередачи (при нагреве и/или охлаждении)

• Для практики наибольший интерес представляет пассивный способ обнаружения воды в сотах «Пассивность» способа состоит в отсутствии дополнительного подогрева, поскольку для создания нестационарного режима теплопередачи используют естественный перепад температуры между поверхностью земли и на высоте крейсерского полета самолета Данный способ ТК слабо исследован как в отечественной, так и в зарубежной практике НК

• С точки зрения теории теплопередачи представляет интерес анализ процесса таяния льда в ячейках сот, что оказывает существенное влияние на оптимизацию предложенных информативных параметров ТК амплитуду температурного сигнала и время его регистрации

• Фазовые переходы в сотовых конструкциях самолетов происходят после взлета и посадки самолета, если температура окружающей среды превышает 0иС В зимнее время фазовые превращения внутри сотовых панелей можно вызвать искусственно используя нагреватели различных типов Пассивная тегсювизионная диагностика воды в сотах должна выполняться в течение некоторого периода времени после посадки самолета путем регистрации поверхностных температурных полей, причем скрытая в сотах вода создает зоны аномально низкой температуры вследствие высокой теплоемкости воды

• Известные модели ТК воды в сотовых конструкциях, в частности, модель многослойной пластины исследованная А Г Климовым, реализуют механизм чистой теплопроводности и не позволяют проанализировать влияние фазового перехода лед/вода на амплитуду и время развития дифференциального температурного сигнала характеризующего достоверность обнаружения воды

• Предложена одномерная математическая модель обнаружения воды в авиационных сотовых конструкциях, основанная на решении задачи нагрева в среде многослойной пластины, в слоях которой возможны фазовые переходы с движущимися границами в частности таяние льда Модель реализует различные варианты нагрева сотовых конструкций, в том числе, нагрев в среде с изменяющейся температурой согласно графику посадки самолетов

• Приведена методика оценки справедливости одномерного приближения реальных задач контроля в зависимости от материала сотовых панелей в частности, показано, что в сотовых конструкциях выполненных из стеклопластика, размеры зон. занятых водой должны превышать 30x30 мм

• Разработано программное обеспечение Мц1иЬауег-Ш, предназначенное для численного анализа вышеупомянутой модели ТК, в резу льтате чего определяются

информативные параметры обнаружения, а именно амплитуда температурного сигнала и время его оптимального наблюдения Погрешность расчета в рамках предложенной модели с помощью программы MultiLayer-lD в предельных случаях по сравнению с известными моделями не превышает 2 3%

• Фазовое превращение тед-вода приводит к появлению характерного «плато» во временном развитии поверхностной температуры продолжитетьность которой составляет от нескольких мин\т до нескольких часов в зависимости от массы воды и материата сот Наличие указанного «плато» может служить дополнительным параметром обнаружения скрытой воды

• Амплитуда температурных сигналов для модели, где учитываются фазовые переходы, практически вдвое превышает температурные сигналы, возникающие в модели без фазового перехода Характерные времена развития сигнала возрастают приблизительно в три раза

• Ачплитлда температурных сигналов в процессе фазовых переходов линеино увеличивается с ростом температуры окружающей среды, при этом происходит сокращение длительности периода фазового превращения приблизительно от 4 до 1 ч . что не оказывает существенного влияния на процедуру тепловизионного осмотра самолетов

• Установлено, что наличие слоя воздуха при неполном заполнении сот водой относительно слабо влияет на выхвляемость воды, если контроль проводят со стороны обшивки, к которой прилегает вода В этом еллчае при постоянной массе воды высота сотовой констрлкции слабо влияет на показатели обнаружения При контроле с противоположной стороны, т е там, где вода не прилегает к обшивке выявляемость скрытой воды резко ухудшается

• Точность моделирования экспериментальных данных зависит от многих факторов, в частности, от метрики модели и величины коэффициента теплообмена на поверхности Выполненные лабораторные исследования показали совпадение экспериментальных и теоретических данных на уровне 15% по температуре, что может быть обусловлено как неточным мданием ТФХ стеклопластиковои обшивки и коэффициента теплоотдачи на поверхности Погрешность по длительности «температурного плато» не превысила 7%, что объясняется более высокой помехоустойчивостью временных критериев

• Диагностику самолетных панелей на скрытую воду рекомендуется производить, начиная с того момента времени, когда бездефектные зоны приобретают температуру окружающей среды а в дефектных зонах происходят процессы фазовых переходов

• Предложен тепловизионный способ оценки массы воды, оформленный в виде заявки на патент

• Пассивная тепловизионная диагностика воды весьма эффективна в случае контроля композиционных сот (самолеты Tv-204) Применение пассивного ТК для контроля алюминиевых сот (самолеты Ил-96) требует тщательного выбора времени испытаний и обеспечения надлежащего температурного градиента (рекомендуется проводить обследование в летнее время)

Г • Результаты ТК обладают хорошей повторяемостью (с учетом возможной миграции

воды) и. как правило, совпадают с данными, полученными УЗ методом Контраст дефектных сигналов может быть повышен путем внешнего подогрева, например с * помощью машины МП-350

• Рекомендованы модели коммерческих тепловизоров пригодные для диагностики воды в авиационных сотовых конструкциях

• Разработано программное обеспечение Visual Matrix 1 1, которое позвотяет упростить работу оператора по составлению отчетов, содержащих резу льтаты тепловизионного контроля а также формировать карты дефектов и опредетять массу воды

• Результаты диссертационных исследований опубликованы в 14-ти печатных работах оформлены в виде методики переданной ГосНИИ гражданской авиации внедрены в авиакомпаниях «Сибирь» и «Домодедовские авиалинии» а также использованы в Томском политехническом университете при разработке методических материалов по курсу «Тепловой контроль и диагностика» включая 5 лабораторных работ

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 V Vavilov, A Klimov D Nesteruk Detecting water in aviation honeycomb structures b\ using transient IR thermographic NDT Proc SPIE "Thermosense-XXV", 2003 Vol 5073 pp 345-354

2 В П Вавилов, В Г Торгунаков В В Ширяев А И Иванов, Д А Нестерук Тепловой неразрушающий контроль в Томском НИИ интроскопии -Изв ТПУ том 306 №1 с 110118

3 В П Вавилов Д А Нестерук В В Ширяев С В Григорьев Тепловизионный контроль воды в авиационных неметаллических сотовых конструкциях -Изв ТПУ Том 305, 2002, вып 5 с 118-122

4 ВП Вавилов, А Г Климов С А Антошкин, ДА Нестерук Тепловизионная диагностика воды в авиационных сотовых панелях - В мире неразру ш контроля, № 2 (20) июнь 2003 г, с 11-12

5 ВП Вавилов, В Г Демин, В В Ширяев, ДА Нестерук Перспективы применения пассивной тепловизионной диагностики в энергетике и промышленности -Дефектоскопия, 2003, №9 с 43-51

6 ВП Вавилов В В Ширяев, ДА Нестерук Процедуры обработки инфракрасных изображений в активном тепловом контроле - Контроль Диагностика, 2003 №11 с 4148

7 ДА Нестерук Д А Тепловой контроль воды в авиационных сотовых конструкциях- Труды 7 Международно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 26 февраля - 2 марта, 2003 г . Томск - 2 с

8 ДА Нестерук, В П Вавилов Особенности применения теплового метода неразрушающего контротя для обнаружения и оценки массы воды в сотовых панелях авиационной техники -Известия ТПУ №6, том 307 2004, с 62-65

9 ДА Нестерук Моделирование фазовых превращений в сотовых констру кциях-«Измерения автоматизация и моде шрование в промышленности и научных исследованиях» Межвузовский сборник/Под редакцией Г В Леонова Алт гос техн ун-т БТИ Бийск, изд-во Алт гос техн ун-та. 2004 -2 с

10 ДА Нестерук Учет фазовых переходов при контроле воды в сотовых авиационных конструкциях-Труды 10-й Международно-практической конференции студентов аспирантов и молодых ученых 29 марта по 2 апреля 2004 г , Томск - 2 с

И Z V Gergenova, D A Nesteruk V V Shiriaev Infrared set based on thermal nondestructive evaluation - Proc conf "'Modern techniques and technology" Tomsk Tomsk Polytechnic University 28 March-1 Apnl 2005 -2 p

12 VP Vavilov D A Nesteruk Detecting water in aviation honeycomb structures the quantitative approach-Intern J Quant Infra Red Thermography Vol 1,#2, 2004 pp 173-184

13 V Vavilov, D A Nesteruk Evaluating water content in aviation honeycomb panels by transient IR thermography -Proc SPIE "Thermosense-XXVir Vol 5782 2005, p 411-417

14 DA Nesteruk Transition phase analysis of water control in aviation cell structures - Proc conf "Modem techniques and technology" Tomsk Tomsk Polytechnic University' 29 March-2 Apnl 2004 -p 200-201

Подписано к печати 11 07 05 Формат 60x84/16 Бумага "Классика" Печать RISO Услпечл. 1 16 У^-издл 1,05 Заказ 915 Тираж 100 экз

издательство^™ 634050, г. Томск, пр Ленина, 30

ч

»

»13097

РНБ Русский фонд

2006^4 9722

Введение.

1 Глава 1. Тепловой неразрушаюший контроль конструкционных материалов (обюр).

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 ИК 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 1.

2 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 MultiLayer-lD.

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 2.

3 Глава 3. Результаты экспериментальных исследований.

3.1 Задачи экспериментальных исследований.

3.2 Экспериментальная аппаратура.

3.3 Описание образцов.

3.3.1 Ис кусстве н ны й 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 №ZZZZ ОАО «Домодедовские авиапинии», 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 №YYYY ОАО «Авиакомпания Сибирь», аэропорт Толмачево, 29 августа 2003 г.

3.5 Подходы к определению массы воды.

3.6 Выводы по Главе 3.

4 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 1.1.

4.3 Использование дополнительного источника нагрева для улучшения выявляемости воды в неблагоприятных условиях.

4.4 Выводы по Главе 4.

Выводы по диссертационной работе.

Актуальность диссертационных исследований

В российском и зарубежном авиастроении и космической технике продолжает иметь место тенденция замены конструкций и изделий из металлов на композиционные. Практически уже происходит смена поколений композиционных материалов, что связано с разработкой новых технологий их изготовления и соединения. Так, в российском ракетостроении уже в 1970-е годы начали широко применяться стеклопластиковые материалы, изготавливаемые методом намотки. Для этих материалов были характерны макродефекты в виде расслоений между отдельными слоями намотки стеклопластиковой ткани. На смену стеклопластикам пришли углепластики, демонстрирующие отличное соотношение прочности и массы вплоть до температуры +120°С. Например, французский истребитель Mirage использует большое количество панелей, выполненных из углепластика. Для данного композиционного материала также характерны дефекты, не типичные для металлов, а именно, ударные повреждения (растрескивания композита вдоль углеродных волокон), а также обширные расслоения. К новому поколению неметаллических конструкционных материалов относятся углерод-углеродные композиты, обладающие повышенной температурой деструкции. Из данного материала спроектированы наиболее ответственные части обшивки нового американского космического мини-челнока Х-33. Наряду со сплошными материалами, в авиационной промышленности начали широко применять сотовые изделия, представляющие собой две обшивки, между которыми находится ячеистая сотовая структура. Ячейки сот изготавливают либо из алюминия, либо из специальной бумаги, имеющей в англоязычной литературе название Nomex. Номенклатура материалов обшивок сот более разнообразна и включает алюминий, стекло-, боро- и углепластики. В авиастроении и космической технике также применяют соты, выполненные целиком из металлов (алюминия и титана).

Общей чертой вышеуказанных новых материалов является то, что для них характерны специфические дефекты, которые образуются в процессе производства и эксплуатации. Можно утверждать, что разработчики данных материалов и изделий из них, в частности, в российском авиастроении столкнулись с необходимостью разрабатывать способы (методы) неразрушающего контроля, которые в определенной степени не могут считаться традиционными.

Настоящая диссертационная работа посвящена разработке теплового контроля воды в авиационных сотовых панелях как специфического вида дефектов, появляющегося в процессе эксплуатации самолетов типа Ил-76, Ил-86, ИЛ-96, Ту-204, Ан-124 «Руслан».

Постановка настоящих исследований восходит к концу ХХ-го века, когда первые годы эксплуатации вышеуказанных самолетов продемонстрировали неприятный эффект накопления воды в панелях фюзеляжа, элеронов, закрылков и рулей высоты. Следует заметить, что в последние годы в России уже имели место несколько инцидентов, связанных с локальным разрушением сотовых панелей в воздухе, в результате чего была поставлена задача разработки способа неразрушающего контроля воды в самолетных панелях.

В России специалистами ГосНИИ гражданской авиации (ГА) (Н.Т. Азаровым и Ю.А. Миколайчуком) был предложен метод и аппаратура ультразвукового контроля воды в регулярно расположенных отдельных точках самолетных панелей. Основным преимуществом данного метода является возможность количественной оценки массы воды в отдельных сотах путем измерения высоты водяного столбика. Предельная чувствительность ультразвукового метода составляет 2 мм по высоте столбика воды (наилучший результат - до 0.5 мм). Основными недостатками метода являются: 1) низкая производительность, 2) слабый уровень автоматизации, 3) необходимость использования иммерсионной жидкости и, как следствие, невозможность работы на вертикально-ориентированных поверхностях, например, рулях направления и некоторых секциях фюзеляжа, а также чисто эргономические трудности контроля при отрицательных температурах.

В руководящих технических материалах (РТМ), используемых в авиастроении (РТМ 1.2.167-2000 «Неразрушающий контроль сотовых панелей летательных аппаратов в условиях ремонта авиационной техники радиационным и тепловизионными методами», 2000), наряду с тепловым контролем, описанным ниже, регламентируется радиационный метод. Однако его применение, как правило, возможно лишь на заводах-изготовителях и в некоторых случаях при ремонте. В большинстве случаев обследований на стоянках и в ангаре применение радиационного метода затруднительно в силу требований техники безопасности, и, как следствие, обструкции со стороны персонала авиационно-технических баз (АТБ).

Исследования последних лет, проведенные в Томском ФГНУ «НИИ интроскопии» в сотрудничестве со специалистами ГосНИИ ГА, НИИ ремонта авиационной техники МО РФ и АТБ аэропортов Шереметьево (г. Москва) и Толмачево (г. Новосибирск), показали, что при обнаружении воды в сотовых панелях реализуются такие скрининговые характеристики теплового (тепловизионного, инфракрасного термографического) метода контроля как дистанционность, высокий уровень автоматизации и документирования, а также высокая производительность обследований. Тепловой метод описан в документах по эксплуатации некоторых типов самолетов фирм Boeing (Boeing 777, Nondestructive testing manual, Part 9 - Thermography, 51-00-01, 51-00-02, 51-00-03) и Airbus Industry (A318/A319/A320/A321 Nondestructive testing manual, Part 10, A. 55-20-06 - Thermographic, Page block 1001). Следует подчеркнуть, что в данных документах регламентирован активный способ испытаний путем нагрева самолетных панелей непосредственно на самолете с помощью так называемого «теплового одеяла», либо в условиях ангара на снятых с самолетов панелях. Детали процедур контроля составляют ноу хау указанных фирм.

Настоящим диссертационным исследования предшествовала разработка активного способа теплового контроля при нагреве оптическими источниками (кандидатская диссертация А.Г. Климова защищена в 2002 г., научный руководитель В.П. Вавилов).

Актуальность настоящих диссертационных исследований обусловлена: 1) расширяющимся применением сотовых конструкций в отечественных самолетах нового поколения; 2) экспериментально установленным фактом накопления воды в сотовых панелях, что квалифицируется как опасный эксплуатационный дефект; 3) необходимостью разработки пассивного способа теплового контроля, который не связан с использованием на стоянках мощных нагревателей; 4) целесообразностью разработки способа приближенной оценки массы воды по результатам тепловизионных измерений.

Актуальность исследований по данной тематике подтверждена соответствующими решениями организаций и ведомств авиационной промышленности и военно-воздушных сил.

Цель диссертационных исследовании:

Разработка метода пассивного ТК воды в авиационных сотовых конструкциях при одностороннем доступе с элементами тепловой дефектометрии.

Задачи диссертационных исследований:

• Модифицировать теорию теплового контроля с учетом фазового перехода лед-вода в ячейках сот, имеющего место после посадки самолета при положительных температурах окружающей среды.

• Разработать алгоритм оценки массы воды по результатам тепловизионных испытаний.

• Выполнить экспериментальные исследования, разработать методику теплового контроля воды в авиационных сотовых конструкциях.

• Пассивный тепловой контроль воды в сотовых конструкциях не предусматривает наличия дополнительного источника тепловой стимуляции, тем не менее, в нем также использован нестационарный режим нагрева, который возникает после посадки самолета. Экспериментальные исследования показали, что температурные «отпечатки» скрытой воды на наружных поверхностях сохраняются в течение большего промежутка времени, нежели это предсказывает классическая теория теплового контроля, учитывающая механизм чистой теплопроводности. Модель теплового контроля воды в сотах должна быть модифицирована за счет учета феномена фазового превращения льда в воду.

• Наличие фазового перехода лед-вода позволяет оптимизировать процедуру тепловизионного контроля с учетом типа сотовой панели, массы воды и метеорологических условий. Для сотовых конструкций из композиционных материалов оптимальный период теплового контроля составляет до нескольких часов после посадки самолета, в то время как алюминиевые сотовые панели следует контролировать в течение приблизительно одного часа после посадки.

• Существенное различие в теплоемкости воды и конструкционных материалов позволяет использовать динамические параметры изменения температурного поля для приближенной оценки массы воды.

• Методика пассивного теплового контроля воды в сотах включает оптимизацию времени проведения испытаний на основе численного решения задачи нагрева сотовой конструкции (программа Multilayer-ID), а также обработку панорамных инфракрасных термограмм с помощью программы Visual Matrix 1.1.

Научная новизна полученных результатов в соответствии с выдвинутыми тезисами состоит в следующем.

• Предложена математическая модель обнаружения воды в авиационных сотовых конструкциях, основанная на решении задачи нагрева в среде одномерной многослойной пластины, в слоях которой возможны фазовые переходы с движущимися границами, в частности, таяние льда. Модель реализует различные варианты нагрева сотовых конструкций, в том числе, нагрев в среде с температурой, изменяющейся согласно графика посадки самолетов. Определены границы применимости одномерной модели в зависимости от материала сотовой конструкции, в частности, для композиционных сот размер дефектных зон должен быть не менее 30x30 мм.

• Разработан оригинальный алгоритм численного решения задачи теплового контроля воды в сотовых конструкциях, реализованный в программе Multilayer-ID и позволяющий оптимизировать время проведения теплового контроля в зависимости от материала сот, массы воды, метеорологических условий и графика посадки самолета. Погрешность расчетов с помощью программы MultiLayer-lD не превышает 2.3% в предельных случаях по сравнению с известными моделями. В рамках предложенной модели исследовано влияние теплофизических и геометрических параметров сотовых конструкций, а также высоты столбика воды, на информативные параметры теплового контроля. Результаты теоретического анализа совпали с данными экспериментальных исследований на уровне 15% по температуре и 7% - по времени регистрации температурных сигналов.

• Фазовое превращение лед-вода приводит к появлению характерного «плато» во временном развитии поверхностной температуры, продолжительность которого составляет от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от массы воды и материала сот.

• Предложены два способа оценки массы воды в сотовых конструкциях, основанных на определении длительности температурного «плато» в развитии поверхностной температуры, а также на оценке площади, занимаемой зонами с водой.

Практическая ценность работы состоит в следующем.

• Разработана методика пассивного теплового контроля воды в авиационных сотовых конструкциях.

• Выполнены обследования нескольких самолетов российских авиакомпаний, в результате чего обнаружены потенциально опасные зоны скопления воды в сотовых панелях элеронов, закрылков, фюзеляжа, рулей направления и высоты.

• Предложено улучшать выявляемость зон скопления воды в авиационных сотовых панелях путем маломощного нагрева панелей потоком горячего воздуха, производимого, например, установкой МП-350, которая штатно используется на самолетных стоянках для очистки поверхности самолетов от льда и подогрева салона.

• Предложено использовать тепловизионный контроль в качестве скринингового метода в сочетании с ультразвуковым методом неразрушающего контроля.

• Результаты диссертационных исследований использованы в Томском политехническом университете при разработке методических материалов по курсу «Тепловой контроль и диагностика», включая 5 лабораторных работ. 9

Результаты диссертационных исследований использованы в Томском политехническом университете при разработке методических материалов по курсу «Тепловой контроль и диагностика», включая 5 лабораторных работ.

Результаты диссертационных исследований опубликованы в 14-ти печатных работах, апробированы на 7-ми конференциях, включая QIRT'2004 (Бельгия) и Thermosense-2003,2005 (США), оформлены в виде методики, переданной в ГосНИИ ГА, и используются рядом АТБ российских аэропортов.

Выводы по диссертационной работе

• Вода является специфическим веществом с точки зрения аномально высокой теплоемкости. Дефектные участки сотовых структур, содержащие воду, характеризуются повышенной тепловой инерцией, что позволяет их обнаруживать в процессах нестационарной теплоперадачи (при нагреве и/или охлаждении).

• В силу большого количества факторов, влияющих на структуру температурного поля, в особенности, при нагреве панелей в условиях эксплуатации самолетов, количественная оценка воды в сотовых изделиях представляется затруднительной. На практике предлагается использовать метод ИК термографии в качестве скринингового, а оценку массы воды производить с использованием УЗ приборов, например, разработанных в ГосНИИ ГА, и разработанного программного обеспечения Visual Matrix 1.1.

• Для практики наибольший интерес представляет пассивный способ обнаружения воды в сотах. «Пассивность» способа состоит в отсутствии дополнительного подогрева, поскольку для создания нестационарного режима теплопередачи используют естественный перепад температуры между поверхностью земли и на высоте крейсерского полета самолета. Данный способ ТК слабо исследован как в отечественной, так и в зарубежной практике НК.

• С точки зрения теории теплопередачи представляет интерес анализ процесса таяния льда в ячеистых сотах, что оказывает существенное влияние на оптимизацию предложенных информативных параметров ТК: амплитуду температурного сигнала и время его регистрации.

• Следует ожидать, что применение пассивного способа ТК наиболее целесообразно на сотах с обшивкой из композиционных материалов, поскольку в металлических (алюминиевых, титановых и др.) панелях имеет место существенная диффузия тепла.

• Фазовые переходы в сотовых конструкциях самолетов происходят после взлета и посадки самолета, если температура окружающей среды превышает 0°С. В зимнее время фазовые превращения внутри сотовых панелей можно вызвать искусственно, используя нагреватели различных типов. Пассивная тепловизионная диагностика воды в сотах должна выполняться в течение некоторого периода времени после посадки самолета путем регистрации поверхностных температурных полей, причем скрытая в сотах вода создает зоны аномально низкой температуры вследствие высокой теплоемкости воды.

• Известные модели ТК воды в сотовых конструкциях, в частности, модель многослойной пластины, исследованная А.Г. Климовым, реализуют механизм чистой теплопроводности и не позволяют проанализировать влияние фазового перехода лед/вода на амплитуду и время развития дифференциального температурного сигнала, характеризующего достоверность обнаружения воды.

• Предложена математическая модель обнаружения воды в авиационных сотовых конструкциях, основанная на решении задачи нагрева в среде одномерной многослойной пластины, в слоях которой возможны фазовые переходы с движущимися границами, в частности, таяние льда. Модель реализует различные варианты нагрева сотовых конструкций, в том числе, нагрев в среде с изменяющейся температурой согласно графику посадки самолетов.

• Приведена методика оценки справедливости одномерного приближения реальных задач контроля в зависимости от материала сотовых панелей; в частности, показано, что в сотовых конструкциях, выполненных из стеклопластика, размеры зон, занятых водой должны превышать 30x30 мм.

• Разработано программное обеспечение MultiLayer-lD, предназначенное для численного анализа вышеупомянутой модели ТК, в результате чего определяются информативные параметры обнаружения, а именно, амплитуда температурного сигнала и время его оптимального наблюдения. Погрешность расчета в рамках предложенной модели с помощью программы MultiLayer-lD в предельных случаях по сравнению с известными моделями не превышает 2.3%.

• Фазовое превращение лед-вода приводит к появлению характерного «плато» во временном развитии поверхностной температуры, продолжительность которой составляет от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от массы воды и материала сот. Наличие указанного «плато» может служить дополнительным параметром обнаружения скрытой воды.

• Амплитуда температурных сигналов для модели, где учитываются фазовые переходы, практически вдвое превышает температурные сигналы, возникающие в модели без фазового перехода. Соответственно, характерные времена развития сигнала возрастают приблизительно в три раза.

• Амплитуда температурных сигналов в процессе фазовых переходов линейно увеличивается с ростом температуры окружающей среды; при этом происходит сокращение длительности периода фазового превращения приблизительно от 4 до 1 ч., что не оказывает существенного влияния на процедуру тепловизионного осмотра самолетов.

• Установлено, что наличие слоя воздуха при неполном заполнении сот водой относительно слабо влияет на выявляемость воды, если контроль проводят со стороны обшивки, к которой прилегает вода. В этом случае при постоянной массе воды высота сотовой конструкции слабо влияет на показатели обнаружения. При контроле с противоположной стороны, т.е. там, где вода не прилегает к обшивке, выявляемость скрытой воды резко ухудшается.

• Точность моделирования экспериментальных данных зависит от многих факторов, в частности, от метрики модели и величины коэффициента теплообмена на поверхности. Выполненные лабораторные исследования показали совпадение экспериментальных и теоретических данных на уровне 15% по температуре, что может быть обусловлено как неточным заданием ТФХ стеклопластиковой обшивки и коэффициента теплоотдачи на поверхности. Погрешность по длительности «температурного плато» не превысила 7%, что объясняется более высокой помехоустойчивостью временных критериев.

• Диагностику самолетных панелей на скрытую воду рекомендуется производить, начиная с того момента времени, когда бездефектные зоны приобретают температуру окружающей среды, а в центрах дефектных зон температура находится в пределах, определенных с помощью предложенной модели (до нескольких градусов в случае композиционных сот и до долей градуса в случае алюминиевых сот).

• Предложен тепловизионный способ оценки массы воды, оформленный в виде заявки на патент.

• Пассивная тепловизионная диагностика воды весьма эффективна в случае контроля композиционных сот (самолеты Ту-204). Применение пассивного ТК для контроля алюминиевых сот (самолеты Ил-96) требует тщательного выбора времени испытаний и обеспечения надлежащего температурного градиента (рекомендуется проводить обследование в летнее время).

• Результаты ТК обладают хорошей повторяемостью (с учетом возможной миграции воды) и, как правило, совпадают с данными, полученными ультразвуковым методом. Контраст дефектных сигналов может быть повышен путем внешнего подогрева, например, с помощью машины МП-350.

• Рекомендованы модели коммерческих тепловизоров, пригодные для диагностики воды в авиационных сотовых конструкциях.

• Разработано программное обеспечение Visual Matrix 1.1, которое позволяет упростить работу оператора по составлению отчетов, содержащих результаты тепловизионного контроля, а также формировать карты дефектов и определять массу воды.

• Результаты диссертационных исследований опубликованы в 14-ти печатных работах, оформлены в виде методики, переданной ГосНИИ ГА, используются рядом АТБ российских аэропортов, а также использованы в Томском политехническом университете при разработке методических материалов по курсу «Тепловой контроль и диагностика», включая 5 лабораторных работ.

1. Справочник по композиционным материалам, 2 том / под. ред. Любина Дж. М: Машиностроение, 1988 - 580 с.

2. Полимерно композиционные материалы.- http://www.viam.ru

3. A.J1. Гиммельфарб. Основы конструирования в самолетостроении. М.: «Машиностроение», 1971.-312 с.

4. Контоль клееных сотовых конструкций самолетов ГА с применением современных методов и средств неразрушающего контроля в эксплуатации. http://www.voturn.md

5. Hot/Wet Environmental Degradation of Honeycomb Sandwich Structure Representative of F/A-18: Discolouration of Cytec FM-300 Adhesive. http://amrl.net

6. Катастрофа A-300. http://www.posadki.net

7. Агеев В. Неразрушающий контроль-Авиатранспортное обозрение, 2004, №49, с. 23-27.

8. Морозов Г.А. Развитие методов неразрушающего контроля в авиации. — Контроль. Диагностика, №7,2002, с. 3 8.

9. Неразрушающий контроль. Россия, 1900 2000 гг .- Спр. под редакцией В.В. Клюева, М.: Машиностроение, 2002. - 628 с.

10. Устинов Е. Г. Импульсный импедансный способ дефектоскопии объектов А.С. 2078339 (СССР)

11. Вавилов В.П., Климов А.Г., Тепловизоры и их применения, М.:Интел универсал. 2002. -88с.

12. Boeing 777, Nondestructive testing manual, Part 9 Thermography, 51-00-01, 51-00-02, 5100-03

13. A318/A319/A320/A321 Nondestructive testing manual, Part 10, A. 55-20-06 -Thermographic, Page block 1001

14. Криксунов JI.3. Справочник по основам ИК техники. М.: Советское радио, 1978. -400 с.

15. Вавилов В.П. Тепловые методы неразрушающего контроля: Справочник. М.: Машиностроение, 1991. 264 с.

16. Климов А.Г. Методика и аппаратура активного теплового контроля воды в авиационных сотовых конструкциях.-Кандидатская диссертация по СП. 05.11.13, защищена в МИХМ (г. Москва) 28.11.2002.-135 с.

17. Хадсон Р. Инфракрасные системы. М.: Мир, 1972. 530 с.

18. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т.5: В 2 кн. Кн. 1: Тепловой контроль./В.П. Вавилов. М.: Машиностроение, 2004. - 679 с.

19. Стороженко В.А., Вавилов В.П., Волчек А.Д. Неразрушающий контроль качества промышленной продукции активным тепловым методом. Киев: Техника, 1988. - 128 с.

20. Синеглазое В.М., Кеткович А.А. Активная тепловая интроскопия. Киев: Техника, 1990.-110 с.

21. Parker W.J., Jenkins R.J., Butler С.Р., Abbot G.L. Flash method of determining thermal difTusivity, heat capacity and thermal conductivity. J. Appl. Physics, Sept. 1961, Vol. 32, pp.1679-1684

22. Almond D., Patel P. Photothermal science and techniques Chapman & Hall, London, 1996.-242 p.

23. NDE. http://www.ndt.net/index.html

24. Беляев H.M., Рядно А.А. Методы теории теплопроводности. Учеб. Пособие для вузов. В 2-х частях. - М.: Высш. школа, 1982.

25. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М., 1967

26. Maillet D., Andre S., Batsale J.-C. et al. Thermal quadrupoles: Solving the heat equation through integral transforms-John Wiley & Sons Publ., England, 2000. 360 p.

27. Вавилов В.П., Маринетти С. Импульсная фазовая термография и тепловая томография на базе преобразования Фурье. Дефектоскопия, 1999, №2, с. 58-72.

28. Maldague X., Marinetti S. Pulse phase infrared thermography. J. Appl. Phys., 1996, Vol.79, pp. 2694-2698.

29. J.C. Krapez. Simultaneous measurement of in-plane and out-of-plane difTusivity by using a grid like mask. Proceedings of 5th AITA, Venezia 1999, pp. 289-296.

30. Philippi, J.C. Batsale, D. Mailllet and A. Degiovanni. Measurement of thermal diffusivities through processing of infrared images. Rev. Sci. Instrum. 66 (1), January 1995.

31. Krapez J.C., Balageas D. Early detection of thermal contrast in pulsed stimulated infrared thermography. In Proc. Eurotherm Seminar #42 "Quant. Infr. Thermography Q1RT-94", August 23-26,1994, Sorrento, Italy, pp. 260-266.

32. Balageas D.L., Krapez J.C., Cielo P. Pulsed photo-thermal modeling of layered materials. — J. Appl. Physics, Vol.59, No.2, Januaiy 5, 1986, pp. 348-357.

33. Вавилов В.П., Ахмед Т., Джин X., Томас Р., Фавро J1. Экспериментальная тепловая томография твердых тел при импульсном одностороннем нагрева. Дефектоскопия, 1990, № 12, с. 60-65.

34. Vavilov V.P., Maldague X. Dynamic thermal tomography: new promise in the IR thermography of solids. In: Proc. SPIE, Vol. 1682 "Thermosense-XIV", 1992, pp. 194206.

35. Galmiche F., Maldague X. Depth defect retrieval using the wavelet pulse phased thermography. — In: Proc. Eurotherm Seminar # 64 "Quant. IR Thermography", Reims, France, July 18-21,2000, pp. 194-199

36. Maldague X. et al. A study of defect depth using neural networks in pulsed phase thermography: modelling, noise, experiments. Rev. Generale de Termique, Vol. 37, No. 2, Sept. 1998, pp. 708-716.

37. Бажанов С А. Инфракрасная диагностика электрооборудования распределительных устройств. — Библиотечка электротехника, Прилож. журн. «Энергетик», М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2000. 76 с.

38. Вавилов В.П., Александров А.Н. Инфракрасная термографическая диагностика в строительстве. Библиотечка электротехника, Прилож. к журн. «Энергетик». М.: НТФ «Энергопрогресс», 2003.

39. Дроздов В.А., Сухарев В.И. Термография в строительстве. М.:Стройиздат, 1987.

40. Вавилов В.П., Гринцато Э., Бизон П., Маринетти С. Тепловой контроль воздушных расслоений под фресками. Дефектоскопия, 1994, № 7, с.73-83.

41. Grinzato Е., Bison P.G., Marinetti S., Vavilov V. Thermal NDE enhanced by 3D numerical modeling applied to works of art. In: Proc. 15th World Conf. on NDT, Rome (Italy), 15-21 Oct. 2000 (available only on CD). - 9 p.

42. Maldague X. Theory and practice of infrared technology for nondestructive testing. John Wiley & Sons, Inc., U.S.A., 2001.- 684.

43. В.П. Вавилов. Тепловой контроль изделий авиакосмической техники. — В мире неразруш. контроля, № 2 (20), июнь 2003 г., с. 4-10.

44. Вавилов В.П., Климов А.Г., Ширяев В.В. Активный тепловой контроль воды в авиационных сотовых конструкциях. Дефектоскопия, 2002, №12, с. 32-38.

45. Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот, М: Энергия, 1968 310 с.

46. Vavilov V. The Basics of Transient IR Thermographic NDT.- Short Course Notes, SPIE -The International Society for Optical Engineering, 2002.- 95 p.

47. Вавилов В.П., Касаткин М.А. Тепловой контроль поверхностных усталостных трещин в жаропрочных сплавах. Дефектоскопия, 1988, № 3, с. 63-68.

48. Вавилов В.П., Касаткин М.А. Тепловой контроль жаропрочных никелевых сплавов-Дефектоскопия, 1990, № 4, с. 51-54.

49. М.Р. Luong. Infrared thermography of fatigue in metals Proc. SPIE "Thermosense XIV", Vol. 1682,1992, pp. 222-232.

50. Будадин O.H., Потапов А.И., Колганов В.И. и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий М.: 11аука, 2002.-476 с.

51. B.P.Ottens, B.Parker, R.A. Stephan Implementing recommendations of the Columbia accident investigation board: development of on-orbit IR thermography Proc. SPIE "Thermosense XXVII", Vol. 5782,2005, pp. 222-232.

52. R.A. Stephan, D.G. Johnson, A.J. Mastropietro Development of delectability limits for on-orbit inspection of space shuttle wing leading eage Proc. SPIE "Thermosense XXVII", Vol. 5782,2005, pp. 280-292.

53. Чертов А.Г., Единицы измерения физических величин, «Высшая школа», 1960

54. Климов А.Г. Методика и аппаратура активного теплового контроля воды в авиационных сотовых конструкциях.-Автореферат кандидатской диссертации, М.: Интел универсал. 2002. 16с.

55. Carslow H.S., Jaeger T.S. Conduction of heat in solids. Oxford Univ. Press, Oxford, U.K., 1959.-580 p.

56. Коздоба JI.A. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. М.,1975

57. Мучник Г.Ф., Рубашов И.Б. Методы теории теплообмена Учеб. пособие для втузов. В 2-х частях. - М.:«Высшая школа», 1970

58. Коздоба JI.A., Круковский П.Г. Методы решения обратных задач тепло переноса. -Киев: Наук, думка, 1982. 358 с.

59. Митчелл Э., Уэйт Р. Метод конечных элементов для уравнений с частными производными / Пер. с англ. В.Е. Кондрашова, В.Ф. Курякина; Под ред. Н.Н. Яненко. -М.: Мир, 1981.-216 с.

60. Вазов В., Форсайт Дж. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных. Пер. с англ. Б.М. Будака и Н.П. Жидкова. М., Изд. иностр. лит., 1963.

61. Никитенко Н.И. Исследование процессов тепло- и массообмена методом сеток. Киев: Наукова думка, 1978.-213 с.

62. Будак Б.М., Соловьева Е.Н., Успенский А.Б. Разностный метод со сглаживанием коэффициентов для решения задачи Стефана. Журн. Вычислит. Математики и мат. Физики, 1965, №5, с.828-840.

63. Олейник О.А. Об одном методе решения общей задачи Стефана. ДАН СССР, 1960, №5, с. 1054-1057.

64. Мейрманов A.M. Задача Стефана/Отв. ред. В.II. Врагов; АН СССР, Сиб. отд-ние, Ин-т гидродинамики. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1986. - 238 с.

65. Вавилов В.П., Ширяев В.В. Способ определения размеров дефектов при тепловом контроле. Дефектоскопия, 1979, № 11, с. 101-102

66. Е2 imager. http://www.flir.com

67. Д.В. Кущ, Д.А. Рапопорт. Обратная задача автоматизированного теплового контроля-Дефектоскопия, 1988, №5, с.64-68.

68. Вавилов В.П. Тепловизоры фирмы «Инфраметрикс».-Томск, Красное Знамя.— 42 с

69. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. — М.: Машиностроение, 1989.-360 с.

70. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. JL: Машиностроение, 1983. - 696 с.

71. А.Я. Архангельский Программирование в C-H-Builder 6. М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2003 г. - 1152 е.: ил.