Радиофизики ТГУ впервые предложили исследовать авиационные стекла при помощи голографического метода регистрации частиц. Он позволяет обнаружить и зафиксировать микроповреждения, не снимая стекло с кабины самолета. При этом можно четко сказать, где находятся микротрещины, и оценить их влияние на безопасность полёта.

Проект реализован в партнерстве с коллегами из НИЦ Центрального научно-исследовательского института Военно-воздушных сил Минобороны РФ, Военного учебно-научного центра ВВС «Военно-воздушная академия» им. Николая Жуковского и Юрия Гагарина (Воронеж), ООО «Лаборатория оптических кристаллов», ИОА СО РАН (Томск).

Остекление является одним из ключевых элементов конструкции самолета. От качества его изготовления и технического состояния в момент эксплуатации зависит безопасность полётов. Сейчас одним из самых распространённых материалов при производстве остекления современных гражданских и военных самолетов является фтороорганическое авиационное стекло, а основная причина снижения его прочности – возникновение мельчайших микротрещин. Они возникают в результате ультрафиолетового излучения, механических нагрузок и воздействия агрессивных сред, например, созданных противообледенительными жидкостями.

Прочность авиационного стекла становится недопустимо мала для безопасной эксплуатации, когда размеры деструктивных дефектов достигают 100 мкм. Для контроля остекления самолетов на практике используют методы визуального осмотра с применением увеличительных луп и призм. Но таким образом определить глубину поверхностной трещины с точностью до 100 мкм невозможно. В последнее время ведутся исследования по использованию метода спекл-структур оптического лазерного излучения применительно к задачам неразрушающего контроля. Однако недостатком данного метода является невозможность определения глубины конкретной поверхностной «трещины» и необходимость извлечения стекла из самой конструкции.

В отличие от перечисленных методик цифровая голография позволяет определять поперечные и продольные размеры каждого поверхностного дефекта остекления в отдельности с заранее заданной точностью. Это дает возможность, не снимая стекла с самолета, выявить области с трещинами, размеры которых превышают допуски для безопасной эксплуатации, — пояснил инженер-исследователь лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУ Николай Юдин.

Для исследования дефектов авиационного стекла радиофизики ТГУ применили цифровую голографическую камеру. Лазерное излучение от источника 1 проходит через коллиматор 2, образуя пучок необходимого диаметра, который затем освещает на просвет исследуемый образец 3. Излучением формируется интерференционная картина волн, рассеянных неоднородностями и прошедших без рассеяния. Камера 4 регистрирует ее, после чего данные в виде двумерного массива дискретных квантованных значений интенсивности сохраняются в памяти компьютера 5. Этот двумерный массив и является цифровой голограммой объёма среды.

Цифровая голография частиц и ее применение – одно из основных направлений исследований лаборатории. Сотрудники РФФ ТГУ совместно с партнерами находят новые области применения данной технологии, например, для исследования авиационных стекол на наличие микроповреждений. На данном этапе уже идет поиск повышения точности метода и его наиболее эргономичной реализации, — рассказал заведующий лабораторией радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды ТГУ Виктор Дёмин.

Виктор Дёмин также добавил, что в начале 2021 года сотрудники лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды ТГУ с партнерами опубликовали в журналах уровня Q1 и Q2 из баз данных WoS и Scopus пять статей – по ключевым направлениям работы лаборатории:

• Голографические исследования однородности монокристаллов для фотоники (Applied Optics, Optical Materials),
• Визуализация оптического пробоя в монокристаллах под воздействием мощного излучения (Applied Sciences),
• Изучение поведенческих реакций планктона в присутствии загрязняющих веществ (Frontiers in Marine Science).

Сейчас цифровые голографические камеры промышленно выпускает компания «Лаборатория оптических кристаллов» для задач кристаллографии и мониторинга морского планктона. Эти камеры могут быть применены и для решения задач дефектоскопии остекления самолетов. Для внедрения этой технологии в процесс предполётной подготовки самолётов требуется разработка соответствующей конструкции камеры и программного обеспечения с интуитивно-понятным интерфейсом.