波音737飛機雷達罩渦流測厚技術淺談

■ 崔宗輝/山東太古飛機工程有限公司

0 引言

飛機雷達罩是極易受損的部件之一，損傷主要是由于雷擊、起降過程中鳥擊以及空氣中微小顆粒的長時間沖擊而導致。定檢維修中，雷達罩常見的修理方法是切除損傷區域并更換新的蜂窩板和玻璃纖維布。波音737飛機結構修理手冊53-10-72章對雷達罩修理后的厚度以及應達到的電磁傳輸率做出了明確規定：雷達罩窗口區域任意點的電磁傳輸率不得低于75%。修理后的蜂窩板厚如果超出原始厚度，傳輸率會降低；漆層厚度如果超過規定的0.010in，也會造成傳輸率的下降。波音公司推薦采用渦流測厚的方法對雷達罩厚度進行測量，本文就該方法的實際應用做一些探討。

1 基本原理

復合材料厚度測量利用了渦流檢測三大效應之一的提離效應：當渦流線圈從非鐵磁性導電體材料表面提起一段距離時，線圈電流所產生的磁力線有一部分將不能到達試件，此時線圈的感抗等于空線圈感抗，這是在探測非鐵磁性材料時所獲得的最高感抗值；反之，線圈越接近試件表面，線圈電流產生的磁力線與試件產生更多的交連，在試件中感生出的渦流反抗著線圈磁場的變化，與激勵線圈耦合的總的磁力線減少，線圈的自感和感抗因之減少，當線圈平面與試件表面穩定接觸時，可以得到減小的極限值。這種線圈阻抗的變化反饋到渦流儀中，信號相位和幅度隨之產生相應的變化。通過建立厚度與線圈阻抗之間的對應關系，就可以完成被檢零件的測量。

2 試驗分析

737飛機無損檢測（NDT)手冊對該技術提供了兩種方法（METHODⅠ&METHODⅡ)，本文采用METHODⅡ即阻抗分析法。由于公司并不具備手冊推薦的渦流設備和探頭，因此決定采用替代工裝。手冊中提到，任何滿足該程序性能要求的儀器探頭都是可以接受的。考慮到公司現有設備狀況、渦流儀器的發展趨勢以及工藝可操作性，決定采用的檢測設備為：阻抗平面顯示渦流探傷儀PHASEC 2d，渦流探頭Nortec RR017-1/TF 80～4000Hz 0.35IN（9.0mm)ID/0.75in（20mm)OD，如圖1所示。

2.1 試塊制作

737-300系列飛機一般選裝件號P/N 65-73294-7的雷達罩，根據NDT手冊P6/53-50-00 DETAIL Ⅷ 確定試塊公稱尺寸為0.390in，以±0.010in為變量，厚度范圍為0.360～0.420in，尺寸精度符合NDT手冊要求，試塊材料選用合成樹脂。環形反射盤采用7075鋁合金加工，尺寸精度符合NDT手冊要求。

2.2 儀器校驗

為了有效提取信號提離點，必須保證提離點沿Y軸方向移動。經過試驗，選擇以下參數：頻率為500Hz，相位為207.1°，HP/LP為DC/80， 增益為37.0/46.0。

圖1 檢測設備

圖2 測量階梯試塊提離

首先將階梯試塊置于探頭與反射盤之間，在0.360in厚度區域按壓平衡鍵獲取提離信號。注意保持探頭與反射盤垂直并同軸，確保提離點的穩定性，將此點作為基準點。如圖2所示，以+0.010in為增量測取每個臺階面的提離點，考慮到信號漂移及工作者操作時的平穩度等外界干擾，每個臺階面測取三次數據，以它們的平均值計入測量提離點。具體測量數據如表1所示。

圖3 厚度三角形

表1 階梯試塊提離點測量數據

2.3 理論分析

為了證明厚度與提離點間存在一定的線性關系，取0.360in、0.370in兩組數據建立三角形，如圖3所示，得到三角形斜率tgα=4/10=0.4。以斜率0.4計算得出理論提離點，如表2所示。

根據表1、表2中的兩組數據繪制提離曲線圖（圖4)，在0.360～0.380in范圍內兩線重合。隨著試塊厚度的增加，在0.380～0.420in之間，測量值逐漸偏離理論值。可以看出，測量曲線與理論曲線走勢基本一致，存在相互對應的線性關系。

表2 階梯試塊理論提離點

圖4 校驗曲線

表3 提離數據對比

表3所示為測量數據與理論數據的對比，在試塊厚度范圍內，測量值與實際厚度值最大誤差為+0.005in，這與NDT手冊中所提到的測量精度±0.005in相符，說明替代工裝的精度和靈敏度達到了手冊要求。因此，理論提離曲線可以作為工作校驗曲線。

3 操作時的注意事項

實際工作時，一般都在維修現場檢測。應保持雷達罩內外表面清潔，檢查區域應遠離大功率變壓器、發電機以及動力電源線，這些設備產生的電磁干擾會對渦流儀產生影響。由于雷達罩尺寸較大，需要兩名人員共同操作，一人持反射盤位于雷達罩內表面，一人在外部操作儀器掃查。為了獲得準確的提離參數，探頭掃查應覆蓋整個反射盤的對應表面，并以螺旋或十字軌跡掃查，直至獲得最小的提離點。

另外，以下情況可能造成錯誤的檢查結果：

1)檢查區域與探頭之間過大的溫差會造成信號漂移失真。雷達罩修復后的表面溫度可達55℃，如果此時進行厚度測量，必然會損傷探頭且測量誤差較大。應等待檢查區域完全冷卻后再進行測量。

2)盡量避免檢查區域的金屬結構，如放電條、緊固螺栓等，否則會對儀器響應產生干擾。

3)反射盤與雷達罩內壁存有間隙。操作者應始終保持反射盤與雷達罩的緊密貼合，以取得準確的測量結果。

［1］ 民航無損檢測人員資格鑒定與認證委員會．航空器渦流探傷[M]．北京：中國民航出版社，2014.

［2］ Boeing.B737 Non-destructive test manual[Z].2012-11-15.

［3］ Boeing.B737-300 Structural repair manual[Z].2012.