В аэрокосмической отрасли внешнее воздействие на аэродинамические поверхности определяется с помощью специальных сенсорных датчиков. К таким воздействиям можно отнести удары града или бетонной крошки, которая выскакивает из-под колёс взлетающего самолёта. Если говорить о космических аппаратах, то их поверхности могут быть атакованы частицами космического мусора. Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета провели анализ закономерностей реакций тактильной поверхности сенсорных датчиков под влиянием внешних воздействий, чтобы повысить надёжность датчиков, тем самым снизив риски возникновения аварийных ситуаций.
Для измерения внешних воздействий, а также изменения характеристик после контакта объекта с тактильной поверхностью в аэрокосмической сфере используются гибкие полимерные датчики. Они же очень часто становятся частью разной электроники, во всевозможных системах «человек – компьютер» и электронной «кожей».
Основой подобных датчиков являются высокочувствительные материалы, например, пьезоэлектрические — они генерируют электрический ток под воздействием внешней силы. Если говорить об оптоволоконном датчике, в состав которого входит пьезоэлектрический материал, позволяет, например, определять обледенение поверхности летательных аппаратов.
Как рассказали сотрудники Пермского политеха, идеальный датчик отличается очень высокой чувствительностью, максимально быстрым откликом, высокими стабильностью и надёжностью. Во время исследования его авторы проверили как вдавливания большого числа шарообразных частиц влияет на колебания характеристик датчика.
«Мы представили модель для диагностики внешних воздействий на поверхность с помощью тактильного оптоволоконного покрытия. Датчик, встроенный в покрытие, реагирует на механические воздействия и создает свет. Для анализа и определения силы вдавливания шаровых частиц мы использовали численный метод, основанный на решении сложной математической задачи с помощью специального ПО. В результате исследования установили, что зависимость между силой воздействия и собственными (резонансными) частотами колебаний покрытия близка к линейной. Открытие позволяет использовать резонансный метод для точной диагностики внешних воздействий на поверхность», — сообщил Андрей Паньков, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ.
При использовании резонансного метода искомая информация об объекте получается путём измерения изменений резонансной частоты микроколебания (вибрации) её тактильной поверхности. Во время контакта объекта с поверхностью управляемые микроколебания «ощупывают» объект, а сами возникают, когда переменное электрическое напряжение воздействует на интегрированные в поверхность электроды.
Исследование российских учёных повысит точность работы сенсорных датчиков, что в итоге снизит риски возникновения аварийных ситуаций в работе летательных аппаратов из-за неправильной работы этих датчиков.
