Соглашение №14.578.21.0120 от 27.10.2015

Тема: «Комплекс беспроводных энергонезависимых датчиков температуры и деформаций для бортовой аппаратуры управления и контроля на основе радиочастотной идентификации».

Научный руководитель: И.Б. Вендик

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «27» октября 2015 года № 14.578.21.0120 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №1 в период с 27.10.2015 по 31.12.2015 выполнялись следующие работы:

Выполнение аналитического обзора современной научно-технической литературы по разработке беспроводных энергонезависимых датчиков для непрерывного контроля состояния корпуса, напряженных конструкций, узлов и агрегатов ракетоносителей, спускаемых аппаратов, космических спутников и станций.
Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Разработка программы и методики экспериментальных исследований параметров электромагнитной совместимости радиочастотных меток в условиях, приближенных к условиям космических аппаратов.
Экспериментальные исследования параметров электромагнитной совместимости радиочастотных меток в условиях, приближенных к условиям космических аппаратов.
Разработка эскизной конструкторской документации на испытательный стенд для моделирования поведения макетов датчиков.
Изготовление испытательного стенда для моделирования поведения макетов датчиков.

При этом были получены следующие результаты:

Составлен промежуточный отчет о ПНИЭР.
Выполнен аналитический обзор современной научно-технической литературы по разработке беспроводных энергонезависимых датчиков для непрерывного контроля состояния корпуса, напряженных конструкций, узлов и агрегатов ракетоносителей, спускаемых аппаратов, космических спутников и станций.
Проведены патентные исследования и составлен отчет о патентных исследованиях.
Создана программа и методика экспериментальных исследований параметров электромагнитной совместимости радиочастотных меток в условиях, приближенных к условиям космических аппаратов.
Проведены экспериментальные исследования и составлен протокол экспериментальных исследований.
Разработана эскизная конструкторская документация на испытательный стенд.
Изготовлен испытательный стенд. Составлен акт изготовления испытательного стенда.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «27» октября 2015 года № 14.578.21.0120 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №2 в период с 01.01.2016 по 31.12.2016 выполнялись следующие работы:

На основе проведенного анализа возможных комплектующих были сформулированы основные требования к конструкции датчиков, обоснован итоговый для второго этапа вариант построения конструкции датчика.
Разработана концепция создания датчиков, отличающихся от существующих на рынке аналогов сочетанием высокой скорости первичного опроса датчиков и высокой скоростью сбора данных, накопленных каждым отдельным датчиком.
Разработана ЭКД на беспроводные датчики, и были изготовлены датчики, имеющие все необходимые сенсоры.
Была разработана технология измерения требуемых физических параметров среды и проведены измерения.
Для проверки функционального макета беспроводного датчика были разработаны программа и методика испытаний на электромагнитную устойчивость. Проведенные испытания показали, что беспроводные датчики такой конструкции можно взять за основу для испытаний системы сбора информации.
Было проведено исследование эффективности разработанной RFID-антенны в безэховой камере. Полученные результаты (14 метров в идеальных условиях и 5-6 метров при произвольной ориентации датчика) позволяют обеспечивать уверенное считывание сигнала датчика практически в любом летательном аппарате от единственного RFID-считывателя, без необходимости строить сложную инфраструктуру проводного или беспроводного считывания.
Были разработаны и испытаны беспроводные датчики, обеспечивающие следующие характеристики: - автономность - до 5 лет в диапазоне температур от -55 до +70С - дистанция считывания - до 14 метров - возможный объем накопленных данных - от 32 МБ 1 - скорость первичного опроса датчиков - до 100 шт/секунду - скорость передачи сохраненных логов - до 3 Мбит/с - точность измерения температуры - от -30 до +5 °С - ±1,5%, св. +5 до +60 °С - ±1,0%, св. 60 до 70 °С - ±1,5% - Отличие измеренной датчиком относительной деформации от образцовой (%) - 0,51-1.01
Также в демонстрационных целях продемонстрирована работа канала измерения деформаций беспроводного датчика на двух конструкциях с разными типами деформации:
- Одна конструкция предназначена для измерения линейной деформации и измеряет абсолютное значение деформации в диапазоне о 0 до 100 микрон с шагом 1 микрон.
- Вторая предназначена для измерения изгибной деформации на тестовом объекте и измеряет деформацию от плюс до минус 10 градусов с шагом 1%.
Кроме того, учитывая модульную конструкцию датчика, были дополнительно размещены и проверены датчики влажности и ускорения.

Назначение и область применения результатов проекта

Разработанный комплекс беспроводных энергонезависимых датчиков температуры и деформаций для бортовой аппаратуры управления и контроля на основе радиочастотной идентификации может использоваться в таких областях, как: системы онлайн- и оффлайн-контроля и управления двигателями летательных аппаратов (ЛА), в т.ч. для контроля температуры и деформаций корпусов двигателей, валов подшипников, камер сгорания; систем контроля состояния напряженных силовых конструкций ЛА, в т.ч. крыльев и других пространственных конструкций.
Полученные результаты работы планируется в дальнейшем использовать как для проектирования более совершенных и легких узлов и конструкций ЛА так и для модернизации и повышения надежности и безопасности узлов и конструкций ЛА, не требующей существенной переработки существующих проводных систем безопасности, диагностики и управления ЛА. Разработанная в ходе выполнения проекта система датчиков позволит в перспективе создать комплексы для экспресс-модернизации существующих ЛА, что за счет снижения общего веса ЛА и снижения стоимости систем диагностики и управления ЛА значительно повысит их конкурентоспособность и укрепит позиции российских производителей в области авиационных и космических систем, а также систем наземной диагностики и стендов для испытания двигателей и других узлов ЛА.
Применение комплексов беспроводных датчиков позволит строить гибкие системы диагностики и управления на основе узкой стандартизованной номенклатуры датчиков что снизит стоимость их изготовления и обеспечит дальнейшее развитие выбранного направления.

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «27» октября 2015 года № 14.578.21.0120 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №3 в период с 01.01.2017 по 31.12.2017 выполнялись следующие работы:

Доработана эскизная конструкторская документация и макет датчика в соответствии с результатами исследовательских испытаний макета датчика в условиях, близких к условиям космических аппаратов. В качестве базовой технологии для разработки новой антенны была выбрана патч-антенна размерами 25х55 мм². Выбор типа антенны был обусловлен требованием функционирования антенны на металлизированной поверхности. Патч-антенна обеспечила необходимую дистанцию регистрации метки: 7 м при измерениях в воздухе и 6.5 м при измерениях на металле.
Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлены рабочие макеты системы сбора информации
Разработаны программа и методика испытаний на электромагнитную устойчивость, проведены испытания
Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлена технологическая оснастка для изготовления датчиков
Разработаны предложения и рекомендации по использованию полученных результатов в реальном секторе экономики. Основными целевыми рынками являются рынки авиационного и космического оборудования контроля и управления параметрами высоконагруженных систем (двигатели и турбины различных типов) и конструкций (фюзеляжи и силовые элементы). Системы управления и контроля газотурбинных двигателей для авиации и газоперекачивающих агрегатов.
Проведено обобщение и оценка полученных в ходе проекта результатов. Полученные научно-технические результаты полностью соответствуют требованиям ТЗ. Анализ разработанного датчика с современным научно-техническим уровнем показал, что выбранные при разработке технологии актуальны и перспективны.
Разработан проект технического задания на проведение ОКР по созданию беспроводных энергозависимых датчиков.