Cảm biến màng mỏng nhiều lớp kiểm soát nhanh và hiệu quả các khiếm khuyết trên máy bay

SwRI đã đi tiên phong trong việc sử dụng công nghệ máy cảm biến dùng hiện tượng từ giảo (MsS) làm công cụ đánh giá không phá hủy trong ngành công nghiệp ống dẫn. Phương pháp này sử dụng sóng định hướng nhằm phát hiện nhanh chóng chỗ xói mòn và những khiếm khuyết để đánh giá được hiện trạng của các ống dẫn. Một môi trường từ tính xung quanh ống dẫn tạo ra sóng định hướng bằng một cuộn dây và đường sắt từ; tuy nhiên dạng nam châm nằm bên ngoài như vậy là không thực tế đối với những chi tiết nhỏ và không gian bị giới hạn trong máy bay.

Kỹ sư Nghiên cứu cao cấp, Clint J. Thwing, thuộc Phòng Công nghệ Đánh giá Không phá hủy và các Hệ thống máy cảm biến thuộc SwRI cho biết: “Những gì chúng ta cần là một máy cảm biến đánh giá tiên tiến nhỏ và nhẹ có thể duy trì một môi trường từ tính lâu dài mà không cần sử dụng nam châm bên ngoài”.

Nhóm nghiên cứu tại SwRI sử dụng quỹ hỗ trợ nghiên cứu nhằm phát triển một quy trình chế tạo các tấm màng mỏng để khi kết hợp với công nghệ cảm biến dùng hiện tượng từ giảo, sẽ phát hiện được một cách hiệu quả những vết rạn nứt mà không cần phải sử dụng nam châm bên ngoài.

Kết tủa trong một môi trường chân không rất cao, các tấm màng mỏng được phân lớp bằng sắt coban và sắt técbi, sau đó đưa vào nhiệt luyện. SwRI đã áp dụng quy trình kết tủa nhiều lớp này đối với lá nhôm có độ ôxy hóa thấp để tấm màng mỏng này có thể uốn cong và ứng dụng dễ dàng. Kỹ thuật chế tạo các máy cảm biến dùng hiện tượng từ giảo màng mỏng nhiều lớp này có thể tái sản xuất và các máy cảm biến được tạo ra đã cho thấy có thể kiểm soát một cách hiệu quả sự phát triển của vết rạn nứt và xác định được độ lớn gần chính xác (theo mặt cắt ngang) của những khiếm khuyết trên một cấu trúc mô phỏng máy bay A-10.

Máy cảm biến dùng hiện tượng từ giảo được sử dụng trong ngành công nghiệp ống dẫn cũng bị hạn chế bởi một “vùng chết” - khoảng không gian cùng với thời gian cần thiết để tạo ra xung kích thích làm bão hòa bình chứa. Ở mức 32kHz, vùng chết mở rộng từ 0,6 đến 0,9m. Khoảng cách này là không hợp lý khi làm thí nghiệm với một ống dẫn dài nhiều hải lý, tuy nhiên trong khoang máy bay và các chi tiết của thân máy bay, khu vực phải kiểm tra thường chỉ nhỏ một vài insơ. Phương pháp mới này giảm thiểu vùng chết thông qua việc dùng bước sóng ngắn hơn hoặc tín hiệu tần số cao hơn.

Kỹ sư Thwing cho biết: “Công nghệ MsS mới này cũng rất lý tưởng, nó giống như là một hệ thống kiểm tra thể chất và quá trình sử dụng (HUMS). Được lắp đặt như các máy cảm biến cắm bên trong và các hệ thống thu nhận dữ liệu, HUMS có thể giảm chi phí, nâng cao tính sẵn sàng và tăng cường độ an toàn bằng cách xác định các vấn đề cơ học hoặc các vấn đề về bảo dưỡng trong khi máy bay đang trong giai đoạn phục vụ”.

Với những bước phát triển hơn nữa, công nghệ MsS mới này sẽ giải quyết được nhu cầu kiểm tra các thành phần cấu trúc của máy bay chu kỳ lớn hiện nay, chẳng hạn như máy bay đào tạo phi công T-37 và T-38 cũng như A-10, F-16, F-15 và một số máy bay quân sự chiến đấu khác. Công nghệ này cũng có tiềm năng sử dụng trong máy bay thương mại.