RU2284515C1 - Method of thermo-vision water control in aviation cellular panels of aircrafts under exploitation - Google Patents
Method of thermo-vision water control in aviation cellular panels of aircrafts under exploitation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2284515C1 RU2284515C1 RU2005109215/28A RU2005109215A RU2284515C1 RU 2284515 C1 RU2284515 C1 RU 2284515C1 RU 2005109215/28 A RU2005109215/28 A RU 2005109215/28A RU 2005109215 A RU2005109215 A RU 2005109215A RU 2284515 C1 RU2284515 C1 RU 2284515C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- aircraft
- panels
- aviation
- thermo
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю и технической диагностике и может быть использовано для обследования эксплуатируемых самолетов, на которых установлены сотовые панели, в особенности выполненные из композиционных материалов.The invention relates to non-destructive testing and technical diagnostics and can be used to examine operating aircraft on which honeycomb panels are installed, in particular made of composite materials.
Известен способ ультразвукового (УЗ) контроля массы воды в сотовых авиационных конструкциях, который применяется на практике в российских аэропортах. Данный способ основан на определении высоты столбика воды, при этом используется установка для УЗ контроля воды в сотовых конструкциях УКВС-1, разработанная в научном центре поддержания летной годности воздушных судов (НЦ ПЛГВС) ГосНИИ гражданской авиации [1]. Данный способ позволяет определять высоту столбика воды в отдельных точках контролируемой панели, значение которой используют для оценки массы воды в соответствующих ячейках сот.A known method of ultrasonic (ultrasound) control of the mass of water in cellular aviation structures, which is used in practice at Russian airports. This method is based on determining the height of the water column, using the installation for ultrasonic monitoring of water in the cellular structures UKVS-1, developed at the scientific center for maintaining the airworthiness of aircraft (SC PLGVS) of the State Research Institute of Civil Aviation [1]. This method allows you to determine the height of the water column at individual points of the controlled panel, the value of which is used to estimate the mass of water in the respective cells of the cells.
Недостатками УЗ способа являются: 1) контактный характер; 2) низкая производительность испытаний; 3) невозможность обследования вертикально ориентированных панелей, а также трудность крепления датчика снизу панели вследствие необходимости применять иммерсионную жидкость; 4) низкие технологические показатели способа (необходимость работы на высоте, в условиях мороза, ветра и т.п.); 5) желательно наличие предварительной информации о расположении зон с водой.The disadvantages of the ultrasonic method are: 1) contact nature; 2) low test performance; 3) the impossibility of examining vertically oriented panels, as well as the difficulty of mounting the sensor from the bottom of the panel due to the need to use immersion liquid; 4) low technological parameters of the method (the need to work at height, in conditions of frost, wind, etc.); 5) preliminary information on the location of water zones is desirable.
Известен способ тепловизионного контроля, который предусматривает регистрацию температурных полей на поверхности объекта контроля с помощью инфракрасного (ИК) тепловизора с последующей отбраковкой изделий и систем по аномалиям поверхностных температурных распределений [2]. При этом указанные аномалии возникают либо в процессе изготовления или функционирования объекта диагностики либо их создают искусственно путем дополнительной тепловой стимуляции объекта контроля (с помощью нагрева или охлаждения). Наиболее близким к предлагаемому изобретению является тепловизионный метод обнаружения воды в авиационных сотовых панелях, предусматривающий регистрацию распределения температуры на поверхности сотовых панелей с помощью инфракрасного тепловизора, описанный в нормативных документах по эксплуатации некоторых типов самолетов компаний «Боинг» и «Эйрбас Индастриз» [3, 4], а также в статье авторов предлагаемого изобретения [5]. Метод контроля, принятый вышеуказанными фирмами, требует искусственного создания режима нестационарного нагрева объекта контроля, в ходе которого скрытая в сотах вода в силу ее высокой теплоемкости наблюдается на поверхности объекта контроля в виде тепловой аномалии с температурой ниже, чем температура окружающих участков. Нагрев объекта контроля (авиационной панели) можно производить как на эксплуатируемом самолете с помощью контактного «теплового одеяла» (методика фирмы «Эйрбас Индастриз» [3]), так и в условиях ангара на снятых панелях с помощью источников нагрева различного типа, например оптических (методика фирмы «Боинг» [4]). Как следует из опыта авторов предлагаемого изобретения, режим нестационарного теплообмена создается естественным образом при посадке самолета вследствие значительной разницы температур на высоте крейсерского полета (-50...-60°С) и на поверхности земли (-30...+30°С). При этом вода в виде льда, находящаяся в ячейках сотовых панелей, видна в течение некоторого времени после посадки самолета в виде «холодных» аномалий поверхностной температуры. Длительность периода времени, в течение которого вода (лед) обнаруживается тепловизионным методом, зависит от разницы указанных температур, массы воды и материала, из которого изготовлена сотовая панель. Установлено, что вода массой до нескольких десятков грамм обнаруживается в композиционных панелях в течение 2-5 часов после посадки (самолеты Ту-204, Як-42), в то время как в алюминиевых сотовых панелях этот период оптимального наблюдения сокращается до 1 часа (самолет Ил-96).A known method of thermal imaging control, which provides for the registration of temperature fields on the surface of the control object using an infrared (IR) thermal imager with the subsequent rejection of products and systems based on anomalies of surface temperature distributions [2]. Moreover, these anomalies arise either in the process of manufacturing or functioning of the diagnostic object or they are created artificially by additional thermal stimulation of the control object (by heating or cooling). Closest to the proposed invention is a thermal imaging method for detecting water in aircraft honeycomb panels, which provides for recording the temperature distribution on the surface of honeycomb panels using an infrared thermal imager, described in regulatory documents on the operation of certain types of Boeing and Airbus Industries aircraft [3, 4 ], as well as in the article of the authors of the invention [5]. The control method adopted by the above firms requires the artificial creation of a non-stationary heating regime for the test object, during which water hidden in the honeycomb due to its high heat capacity is observed on the surface of the test object in the form of a thermal anomaly with a temperature lower than the temperature of the surrounding areas. The control object (aviation panel) can be heated both on an operated aircraft using a contact “thermal blanket” (methodology of Airbus Industries [3]), and in hangar conditions on removed panels using various types of heating sources, for example optical ( technique of the Boeing company [4]). As follows from the experience of the authors of the present invention, the unsteady heat transfer mode is created naturally when the aircraft lands due to a significant temperature difference at the height of the cruise flight (-50 ...- 60 ° C) and on the ground (-30 ... + 30 ° C ) Moreover, water in the form of ice, located in the cells of the honeycomb panels, is visible for some time after landing of the aircraft in the form of “cold” surface temperature anomalies. The length of time during which water (ice) is detected by the thermal imaging method depends on the difference in the indicated temperatures, the mass of water and the material from which the honeycomb panel is made. It was established that water weighing up to several tens of grams is detected in composite panels within 2-5 hours after landing (Tu-204, Yak-42 aircraft), while in aluminum honeycomb panels this optimal observation period is reduced to 1 hour (aircraft IL-96).
Иллюстрация вышеуказанных способов контроля воды в сотовых панелях приведена в Приложении 1.An illustration of the above water control methods in honeycomb panels is given in Appendix 1.
Вышеуказанный способ тепловизионного контроля воды в сотовых панелях самолетов, описанный в [5], выбран в качестве прототипа. По сравнению с УЗ контролем данный метод: 1) обладает высокой производительностью и позволяет формировать изображения объекта контроля; 2) является бесконтактным, всепогодным и более пригоден для обследования наклонных и вертикальных поверхностей. Недостатком тепловизионного способа обнаружения воды является его качественный характер, то есть невозможность оценки массы воды, находящейся внутри сотовой панели.The above method of thermal imaging control of water in the honeycomb panels of aircraft, described in [5], is selected as a prototype. Compared with the ultrasound control, this method: 1) has high performance and allows you to create images of the control object; 2) it is non-contact, weatherproof and is more suitable for examining inclined and vertical surfaces. The disadvantage of the thermal imaging method for detecting water is its qualitative nature, that is, the impossibility of estimating the mass of water inside the honeycomb panel.
Необходимость оценки массы воды, запасенной в сотовых панелях эксплуатируемых самолетов, обусловлена тем фактом, что в настоящее время технологически нецелесообразно и невозможно удалить всю воду из конкретного самолета, поэтому необходимо применять соответствующий критерий отбраковки по массе воды в отдельных участках. В нормативных документах, принятых в отечественной авиации, отсутствует критерий отбраковки по массе воды, однако в практике российских авиакомпаний пороговым значением является полное заполнение водой 10 сотовых ячеек. Оценка массы воды по площади, занимаемой участками с водой на ИК термограммах, может приводить к значительным ошибкам, поскольку сотовые конструкции имеют различную толщину, и вода может заполнять ячейки сот неполностью.The need to estimate the mass of water stored in the honeycomb panels of operating aircraft is due to the fact that at present it is technologically impractical and impossible to remove all water from a particular aircraft, therefore, it is necessary to apply the appropriate criterion for rejection by mass of water in individual sections. The regulatory documents adopted by domestic aviation do not include a criterion for rejection by weight of water, however, in the practice of Russian airlines, the threshold value is the full filling of 10 cells with water. Estimating the mass of water by the area occupied by water areas in IR thermograms can lead to significant errors, because honeycomb structures have different thicknesses, and water may not fill the cell cells completely.
Целью изобретения является повышение достоверности контроля воды в сотовых панелях эксплуатируемых самолетов путем определения массы воды.The aim of the invention is to increase the reliability of water control in the cellular panels of operating aircraft by determining the mass of water.
Поставленная цель достигается тем, что в способе тепловизионного контроля воды в авиационных сотовых панелях эксплуатируемых самолетов путем регистрации распределения температуры на поверхности сотовых панелей с помощью ИК тепловизора на поверхность панели в поле зрения тепловизора размещают маркер известных размеров, обладающий высоким контрастом в области спектральной чувствительности тепловизора, с помощью маркера определяют площадь температурной аномалии, обусловленной наличием воды в сотах, определяют среднюю толщину слоя воды в ячейках сот, в частности, с помощью УЗ устройства, а массу воды оценивают как произведение площади температурной аномалии на среднюю толщину слоя воды и плотность воды. По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет определить количественные характеристики дефектных участков, а именно оценить массу скрытой в сотах воды путем введения дополнительной физической операции - измерения высоты столбика воды в отдельных точках - с последующим использованием полученного значения высоты столбика воды для расчета массы воды в идентифицированных дефектных зонах с использованием растрового характера тепловизионного изображения. Таким образом, комбинирование двух способов контроля - тепловизионного и ультразвукового - позволяет преодолеть характерные недостатки каждого способа и обеспечить повышение достоверности контроля воды в сотах.This goal is achieved by the fact that in the method of thermal imaging control of water in aviation cellular panels of operating aircraft by registering the temperature distribution on the surface of cellular panels using an infrared thermal imager, a marker of known sizes is placed on the panel surface in the field of view of the thermal imager, having a high contrast in the spectral sensitivity of the thermal imager, using a marker determine the area of the temperature anomaly due to the presence of water in the cells, determine the average layer thickness in odes in the cells of cells, in particular, using an ultrasonic device, and the mass of water is estimated as the product of the area of the temperature anomaly by the average thickness of the water layer and water density. Compared with the prototype, the proposed method allows to determine the quantitative characteristics of the defective areas, namely to estimate the mass of water hidden in the honeycomb by introducing an additional physical operation - measuring the height of the water column at individual points - followed by using the obtained value of the height of the water column to calculate the mass of water in the identified defective areas using the raster nature of the thermal image. Thus, the combination of two control methods - thermal imaging and ultrasound - allows you to overcome the characteristic disadvantages of each method and to increase the reliability of water control in cells.
Схема осуществления способа изображена на фиг.1, 2 и включает: 1 - ИК тепловизор, 2 - маркер известных размеров, 3 - УЗ толщиномер, 4 - сотовая панель (конструкция), 5 - ИК термограмма, 6 - бинарная карта дефектов.The implementation diagram of the method is shown in figures 1, 2 and includes: 1 - IR thermal imager, 2 - marker of known sizes, 3 - ultrasonic thickness gauge, 4 - honeycomb panel (design), 5 - IR thermogram, 6 - binary map of defects.
Способ осуществляется следующим образом. Для обследования самолета выбирают определенный период времени после его посадки, обычно в течение 0,5-1 часов после посадки. Для более точного определения целесообразного периода контроля можно использовать программы расчета температурных полей сотовых панелей 4 с учетом фазового превращения лед - вода, например программу «Мультилейер-1Д» Томского НИИ интроскопии.The method is as follows. For the inspection of the aircraft choose a certain period of time after landing, usually within 0.5-1 hours after landing. To more accurately determine the appropriate control period, one can use programs for calculating the temperature fields of honeycomb panels 4 taking into account the ice - water phase transformation, for example, the Multileyer-1D program of the Tomsk Scientific Research Institute of Introscopy.
С помощью ИК тепловизора 1 производят регистрацию распределения температуры на поверхности сотовых панелей 4 самолета: на закрылках, элеронах, элементах фюзеляжа, рулях высоты и направления. Типичными объектами съемки являются самолеты российского производства Ту-204, Як-42, Ил-86, Ил-96, а также самолеты производства фирм «Боинг» и «Эйрбас Индастриз». В качестве ИК тепловизоров 1 могут быть использованы различные модели зарубежного («Термовижн-570», «ТермаКам-Р60», «ТермаКам-Е2», ТН-7102 и др.) и отечественного («ИРТИС-2000») производства.Using infrared imager 1, the temperature distribution is recorded on the surface of the cellular panels 4 of the aircraft: on flaps, ailerons, fuselage elements, elevators and rudders. Typical targets are Russian-made aircraft Tu-204, Yak-42, Il-86, Il-96, as well as aircraft manufactured by Boeing and Airbus Industries. As infrared imagers 1 can be used various models of foreign ("Thermovision-570", "ThermaKam-P60", "ThermaKam-E2", TN-7102, etc.) and domestic ("IRTIS-2000") production.
При регистрации каждой ИК термограммы 5 на поверхность панели закрепляют маркер известного размера 2, который обладает высоким контрастом в ИК диапазоне; например маркером может служить полоска алюминиевой фольги, прикладываемая к поверхности сотовой конструкции 4 или закрепляемая на ней (фиг.1, 2). В некоторых случаях роль маркера 2 может выполнять элемент конструкции самолета с известными размерами, хорошо различаемый оператором на термограмме 5.When registering each IR thermogram 5 on the surface of the panel, a marker of
Результаты тепловизионной съемки записывают в цифровом виде на флэш-карту или непосредственно на жесткий диск компьютера типа «лэп-топ». Одновременно с тепловизионной съемкой выполняют кино- или фотографическую (цифровую) съемку для более надежной идентификации объектов съемки.The results of thermal imaging are recorded in digital form on a flash card or directly on the hard drive of a laptop-type computer. Simultaneously with thermal imaging, film or photographic (digital) shooting is performed to more reliably identify the objects being shot.
В ходе тепловизионного обследования отмечают обнаруженные участки с водой непосредственно на панели с помощью карандаша или цветного фломастера. Затем в одной или нескольких точках каждого участка с водой производят измерение средней толщины водяного слоя d (фиг.1). С этой целью рекомендуется применять УЗ толщиномер 3, например УКВС-1. УЗ толщиномер 3 позволяет отстроиться от толщины обшивки и произвести измерение толщины водяного столбика по двум отраженным УЗ импульсам: от поверхности контакта воды с обшивкой и от верхней границы водяного столбика (фиг.1). По данным ГосНИИ гражданской авиации, минимальная определяемая толщина водяного слоя таким способом обычно составляет около 2 мм, хотя пороговая величина составляет около 0,5 мм.During the thermal imaging examination, the detected areas with water are marked directly on the panel with a pencil or colored felt-tip pen. Then, at one or more points of each plot with water, the average thickness of the water layer d is measured (FIG. 1). For this purpose, it is recommended to use an ultrasonic thickness gauge 3, for example, UKVS-1. Ultrasonic thickness gauge 3 allows you to align with the thickness of the casing and measure the thickness of the water column by two reflected ultrasound pulses: from the surface of the contact of water with the casing and from the upper boundary of the water column (Fig. 1). According to the State Research Institute of Civil Aviation, the minimum detectable thickness of the water layer in this way is usually about 2 mm, although the threshold value is about 0.5 mm.
Обработку записанных результатов выполняют в лабораторных условиях. Обработка сводится к стандартным в ИК термографии приемам выравнивания гистограмм (температурных интервалов) и «склеиванию» ИК термограмм 5 (фиг.2). Подготовленную таким образом панорамную ИК термограмму 5 преобразуют в бинарную карту дефектов 6, причем в качестве порога бинаризации выбирают амплитудное значение, расположенное между двумя пиками гистограммы температуры исследуемой поверхности, из которых один пик соответствует бездефектному распределению, а второй - дефектному распределению температуры.The processing of the recorded results is performed in the laboratory. Processing is reduced to standard in IR thermography techniques for aligning histograms (temperature ranges) and "gluing" IR thermograms 5 (figure 2). The thus prepared panoramic IR thermogram 5 is converted into a binary map of
На бинарной карте дефектов 6 определяют площадь S, занимаемую водой сначала, в пиксельном выражении, а затем используя размер маркера - в абсолютных единицах. Оценку массы воды М производят по соотношению M=Sdρ, где ρ - плотность воды.On the binary map of
Таким образом, при использовании данного способа значительно повышается качество контроля воды в сотовых авиационных конструкциях путем определения не только местоположения дефектных зон, но и количества воды в сотовых конструкциях.Thus, when using this method, the quality of water control in cellular aviation structures is significantly improved by determining not only the location of the defective areas, but also the amount of water in the cellular structures.
Следует отметить тот факт, что тепловизионной метод значительно превосходит УЗ по производительности, так, например, полный осмотр всех сотовых конструкций самолета может быть проведен за один-два часа, в то время как УЗ способом за это время можно проконтролировать один элерон.It should be noted that the thermal imaging method is significantly superior to ultrasound in terms of performance, for example, a full inspection of all cellular structures of an aircraft can be carried out in one to two hours, while using the ultrasound method during this time one aileron can be checked.
Указанный алгоритм, а также процедуры формирования панорамных ИК термограмм 5 и бинарных карт дефектов 6 реализованы в компьютерной программе «Термомозаик» Томского НИИ интроскопии.The indicated algorithm, as well as the procedures for the formation of panoramic IR thermograms 5 and binary maps of
Использованная информацияInformation used
1. Агеев В.П. Неразрушающий контроль. - Авиатранспортное обозрение, №49, стр.57.1. Ageev V.P. Unbrakable control. - Air Transport Review, No. 49, p. 57.
2. Вавилов В.П. Тепловой контроль. Спр. «Неразрушающий контроль», том 7,2004, М.: Машиностроение, стр.9-361.2. Vavilov V.P. Thermal control. Ref. “Non-Destructive Testing”, Volume 7,2004, Moscow: Mechanical Engineering, pp. 9-361.
3. А 318/А 319/А 320/А 321 Nondestructive testing manual (Airbus Industries), Part 1 - General.3. A 318 / A 319 / A 320 / A 321 Nondestructive testing manual (Airbus Industries), Part 1 - General.
4. BOEING 777 Nondestructive testing manual. Part 9 - Thermography.4. BOEING 777 Nondestructive testing manual. Part 9 - Thermography.
5. Вавилов В.П., Нестерук Д.А. Особенности применения теплового метода неразрушающего контроля для обнаружения и оценки массы воды в сотовых панелях авиационной техники. - Известия ТПУ N6, том 307, 2004.5. Vavilov V.P., Nesteruk D.A. Features of the application of the thermal method of non-destructive testing for the detection and assessment of the mass of water in the cellular panels of aircraft. - Proceedings of TPU N6, volume 307, 2004.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005109215/28A RU2284515C1 (en) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Method of thermo-vision water control in aviation cellular panels of aircrafts under exploitation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005109215/28A RU2284515C1 (en) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Method of thermo-vision water control in aviation cellular panels of aircrafts under exploitation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2284515C1 true RU2284515C1 (en) | 2006-09-27 |
Family
ID=37436578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005109215/28A RU2284515C1 (en) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Method of thermo-vision water control in aviation cellular panels of aircrafts under exploitation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2284515C1 (en) |
-
2005
- 2005-03-30 RU RU2005109215/28A patent/RU2284515C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВАВИЛОВ В.П., НЕСТЕРУК Д.А. Особенности применения теплового метода неразрушающего контроля для обнаружения и оценки массы воды в сотовых панелях авиационной техники. Известия ТПУ, №6, т.307, 2004. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mohan et al. | Crack detection using image processing: A critical review and analysis | |
| US9562870B2 (en) | Method and device for non-destructive testing of wind turbine blades | |
| Yang et al. | Defect detection and evaluation of ultrasonic infrared thermography for aerospace CFRP composites | |
| US10605783B2 (en) | System and method for progressive damage monitoring and failure event prediction in a composite structure | |
| US5444241A (en) | Emissivity corrected infrared method for imaging anomalous structural heat flows | |
| Martin et al. | Comparison of nondestructive testing techniques for the inspection of wind turbine blades' spar caps | |
| Sadhukhan et al. | Estimating surface temperature from thermal imagery of buildings for accurate thermal transmittance (U-value): A machine learning perspective | |
| Garrido et al. | Introduction of active thermography and automatic defect segmentation in the thermographic inspection of specimens of ceramic tiling for building façades | |
| Hao et al. | Icing detection and evaluation of the electro-impulse de-icing system based on infrared images processing | |
| Vavilov et al. | Detecting water ingress in aviation honeycomb panels: Qualitative and quantitative aspects | |
| Liu et al. | Image processing algorithms for crack detection in welded structures via pulsed eddy current thermal imaging | |
| US11249039B2 (en) | Method of measuring depth of defects in large-scale wind turbine blade using infrared thermography | |
| US20190168892A1 (en) | Nondestructive Inspection Techniques for Rotorcraft Composites | |
| Roach et al. | Development and validation of bonded composite doubler repairs for commercial aircraft | |
| EP0567078B1 (en) | Method of detecting moisture in honeycomb panel | |
| Ley et al. | Non-destructive evaluation (NDE) of aerospace composites: application of infrared (IR) thermography | |
| Ley et al. | Line scanning thermography and its application inspecting aerospace composites | |
| Riccio et al. | Experimental investigation of delamination growth in composite laminates under a compressive load | |
| RU2284515C1 (en) | Method of thermo-vision water control in aviation cellular panels of aircrafts under exploitation | |
| Li et al. | Three-dimensional ice shape detection based on flash pulse infrared thermal wave testing | |
| Mieloszyk et al. | Active thermography method for delamination detection and localisation in composite structures | |
| Marani et al. | Analytical model approximation for defect classification in fiberglass composites inspected by long-pulse thermography | |
| Ley et al. | Assessing impact damage on composites using line scanning thermography | |
| Vavilov et al. | Detecting water in aviation honeycomb structures: the quantitative approach | |
| Forsyth | Nondestructive testing of corrosion in the aerospace industry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110331 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120927 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20130809 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140331 |