Прорыв в безопасности самолётов: новый метод контроля микровибраций

Исследователи из Штутгартского университета разработали новаторские методы моделирования, способные прогнозировать и контролировать микроскопические колебания в авиационных двигателях и легких конструкциях. Научная группа под руководством профессора Мальте Крака создала инструменты, позволяющие измерять и прогнозировать эффекты демпфирования на разных масштабных уровнях.

Ключевой проблемой, которую решили ученые, стало преодоление значительной разницы в масштабах между микроскопическими движениями в точках соединения деталей и макроскопическими колебаниями всей конструкции. Перемещения в точках контакта, где происходит основное демпфирование, обычно составляют менее сотой части толщины человеческого волоса, в то время как колебания конструкций происходят в миллиметровом диапазоне — в 1000-10000 раз больше.

Центральным элементом разработки стал специальный трибометр — устройство, способное фиксировать нелинейную зависимость силы трения от расстояния в условиях, характерных для аэрокосмических систем. Это позволило преодолеть ограничения традиционных линейных моделей, которые не могли точно описать физическое поведение материалов при экстремальных колебаниях.

По словам профессора Крака, чем тоньше и легче становятся современные конструкции, тем сильнее они подвержены колебаниям и тем важнее становится точное моделирование нелинейных эффектов. Неконтролируемые вибрации могут привести к серьезным повреждениям — от срыва обтекателей до разрушения лопастей двигателя.

Разработанные инструменты уже нашли применение в промышленности для создания более совершенных двигателей, газовых и паровых турбин. Для дальнейшего развития исследований профессор Крак расширяет свою команду, привлекая молодых ученых из разных стран, специализирующихся в области физики трения, гидромеханики и сбора энергии.

Одно из перспективных направлений дальнейших исследований — разработка систем, способных накапливать и использовать энергию, выделяемую при трении, для питания микродатчиков, что откроет новые возможности для мониторинга состояния авиационных конструкций в реальном времени.