民用飛機結構無損檢測方法研究

陳繼偉

【摘 要】在民用飛機的設計階段，必須針對飛機結構制定全面有效的檢查方法，以便飛機在運營過程中定期執行安全檢查，預防災難性破壞事件。本文對無損檢測方法在民用飛機結構上的應用進行了研究探討。

【關鍵詞】民用飛機；結構；無損檢測

中圖分類號： V267.2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0029-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.013

【Abstract】When a type of aircraft is designed，effective detecting programs must be formulated in order to perform periodic examinations on aircraft to prevent disasters.This paper introduces the application of non-destructive testing （NDT） method on civil aircraft structures.

【Key words】Civil Aircraft；Structures；NDT

0 引言

民用飛機結構的設計不僅要進行強度分析、損傷容限評定，按照適航條款的要求，還必須針對主要結構件制訂有效的檢查手冊，供航空公司在長期運營過程中對飛機進行定期“體檢”，及早發現裂紋、損傷等安全隱患，避免災難性的后果。飛機主要結構件承受著飛行載荷、增壓載荷、地面載荷以及操縱載荷，相當于人體的肌肉和骨骼，它的完整性是整個飛機結構完整性的基礎，因此必須按照檢查間隔要求、使用適當的無損檢測技術對主要結構件進行檢查。

1 無損檢測技術

1.1 常見檢測方法

常見的無損檢測方法有以下幾種：

a）渦流檢測

利用交變電流產生的電磁場與被檢材料相互作用時的電磁參數變化，可推斷出金屬表面裂紋和內部腐蝕的情況。

b）超聲檢測

超聲波在材料中遇到缺陷時會引起聲波信號的變化，據此可檢測結構內部裂紋、分層等損傷的位置和大小。

c）X射線檢測

X射線穿透結構時在膠片上會形成圖像，當結構內部存在缺陷時成像會產生變化，據此可檢測結構內部的裂紋、夾雜等缺陷。

d）滲透檢測

利用液體滲透現象和毛細作用，可檢測零件表面的裂口等缺陷；檢測前后需要對零件表面進行清洗。

e）磁粉檢測

鐵磁性材料磁化后，若存在缺陷，磁粉受缺陷處漏磁場的影響聚集在缺陷上，可檢出表面缺陷的形狀；

1.2 檢查方法選擇

如何選擇有效的檢查方法取決于以下幾個因素：

a）被檢測結構的材料特性

如鋁合金、不銹鋼、復合材料等。

b）被檢測結構的接近路徑

如直接檢測零件表面或者進行內部穿透性檢測。

c）缺陷的種類

如裂紋、磨損、腐蝕、擦傷、劃傷、鼓包、壓痕、分層等。

2 飛機結構無損檢測應用

2.1 飛機制造階段

民用飛機結構是由蒙皮、長桁、隔框和地板組成的半硬殼式結構。目前單通道窄體客機如A320和B737的機身結構主要由鋁合金零件組成。鋁合金等金屬板材在機械加工、鈑彎成形或者熱處理之后，可能會由于工藝過程的偏離而產生裂紋等缺陷，因此在零件加工完畢之后，必須先進行無損檢測排除缺陷后才能繼續表面處理和噴漆的工藝。對于大尺寸、大批量鋁合金零件的檢測需求，滲透檢查是最為簡單、準確、低成本的無損檢測方法，廣泛應用于鋁合金等金屬零件成形后的檢查。

對于雙通道寬體客機如A350和B787，機體結構主要由復合材料制成。復合材料零件的缺陷多集中在零件內部，如分層、孔隙率超差等。一般采用超聲檢測和X射線結合的方式進行檢測。

2.2 飛機運營階段

飛機在長期運營過程中，必須對飛機結構尤其是主要結構件的疲勞損傷或者意外損傷進行定期檢測，在損傷發生的初期進行處理以避免機體部件斷裂破壞等嚴重危害飛行安全的事件。適航條款針對飛機結構的檢查程序有嚴格要求，飛機設計單位需要制訂切實可行的無損檢測手冊供航空公司使用。

對于已裝機零部件，拆卸檢查費時費力，需考慮盡量不影響結構完整性的檢查方法。對于復合材料結構，通常來說疲勞性能要優于金屬結構，一般情況采用目視檢查的方法檢查壁板、隔框等的損傷情況。對于關鍵連接部位，超聲檢查應用的十分廣泛。

對于金屬結構，渦流檢測是最常見的檢查方法，渦流檢測設備攜帶方便，費用適中并且檢測效率高。機體結構重要連接處的緊固件孔，一般采用渦流檢測的方法。渦流檢測又分為低頻渦流和高頻渦流檢測，對于零件表面的緊固件孔，如圖1所示，一般采用高頻渦流檢測，操作簡單并且信號較好。對于多層結構中間層的零件，高頻渦流信號較差，一般需采用低頻渦流的檢測方法，有時需要制作單獨試塊進行比對。

3 結論

無損檢測方法和程序對于民用飛機的安全運營十分重要，本文結合飛機制造、運營的經驗對無損檢測技術在民用飛機上的應用進行了研究。未來隨著復合材料飛機結構的研制推廣，復材飛機結構的無損檢測方法將變得更為重要。

【參考文獻】

[1]《飛機設計手冊》總編委會，飛機設計手冊第10冊[M].航空工業出版社，2000.

[2]牛春勻，Composite Airframe Structures[M].航空工業出版社，2010.