GENX航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料葉片超聲波檢測(cè)

李毅洋

摘 要：新一代渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)如GEnx采用的新型復(fù)合材料葉片，在耐久性、有效載荷性能上表現(xiàn)更優(yōu)，且具有更低的營運(yùn)成本，但其制造工藝及損傷檢測(cè)方法也有別于傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。采用超聲波穿透法，配合恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)輔助工具可以有效地對(duì)葉片損傷，特別是鳥擊損傷進(jìn)行評(píng)估，高效快捷的維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料;風(fēng)扇葉片;鳥擊損傷;超聲波穿透法

一、GENX發(fā)動(dòng)機(jī)情況

GEnx是由美國通用電氣航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司開發(fā)的新一代低噪聲、低污染、低成本的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，它是基于成功驅(qū)動(dòng)波音777的GE90發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)開發(fā)的，是GE90的衍生型，在此基礎(chǔ)上首創(chuàng)在風(fēng)扇機(jī)匣以及風(fēng)扇葉片上應(yīng)用復(fù)合材料的先河，并在發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪材料應(yīng)用上開展了多項(xiàng)創(chuàng)新。

GEnx風(fēng)扇葉片的開發(fā)采用的是GE90–115B的設(shè)計(jì)方法，工藝包括：新的復(fù)合工藝造型、先進(jìn)的傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)–信息轉(zhuǎn)換技術(shù)、壓縮成型工藝、高壓固化工藝和模擬處理用的小尺度模型等。由400層預(yù)浸料帶制成，從葉根到葉尖鋪層逐漸減薄。由于尖銳邊緣的復(fù)合材料有磨損的趨向，葉片的前緣、葉尖及后緣增包可以更換的鈦包覆層。這種葉片邊緣也可以將外物打傷能量分散到風(fēng)扇復(fù)合材料中去。

二、GENX發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料葉片鳥擊損傷分層檢查

（一）超聲波透射法原理

采用兩個(gè)探頭，分別放置在試件兩側(cè)，一個(gè)將脈沖波發(fā)射到試件中，另一個(gè)接收穿透試件后的脈沖信號(hào)，依據(jù)脈沖波穿透程度來判斷內(nèi)部缺陷的情況，稱為透射法。

（二）檢測(cè)區(qū)域確定

應(yīng)首先對(duì)扇葉片、風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)整流罩、支撐環(huán)、風(fēng)扇低壓壓氣機(jī)、氣流通道墊圈和風(fēng)扇低壓壓氣機(jī)一級(jí)進(jìn)口導(dǎo)向葉片進(jìn)行特別詳細(xì)的目視檢查，評(píng)定損傷程度，及確定損傷區(qū)域。

（三）檢測(cè)設(shè)備

Boeing手冊(cè)中給出了15種推薦設(shè)備，并將設(shè)備所需控制參數(shù)的初始設(shè)置，用表格的形式，附帶在手冊(cè)中，工作者可以靈活選擇儀器，并根據(jù)表格內(nèi)容調(diào)試儀器。探頭夾具P/N J055067G01，兩個(gè)球型超聲波探頭，P/N RP25HS–3。

超聲波儀器及檢測(cè)工具

兩個(gè)球型超聲波探頭，P/N RP25HS–3。探頭在夾具上有兩種安裝方向，以便能順利的完成橫向及縱向的檢測(cè)工作，安裝時(shí)要特別的區(qū)分。安裝時(shí)應(yīng)使用提供的內(nèi)六角進(jìn)行拆裝，注意保護(hù)橡膠外層。

（四）風(fēng)扇葉片檢查步驟

確保儀器的增益是在掃查靈敏度水平（標(biāo)定增益+18dB），調(diào)試設(shè)備使在試塊上人工分層的信號(hào)足以觸發(fā)蜂鳴警報(bào)。

開始掃描，直到探頭掃描區(qū)域至少6.0英寸的重疊（152.4毫米）。至少用1.0英寸（25.4毫米）進(jìn)行標(biāo)記，描速度應(yīng)小于3.0英寸/每秒（76.2mm/s）。掃描過程中，確保葉片居中保持在夾具之間。監(jiān)測(cè)探針頭保它們保持垂直于表面。在掃描過程中，通過信號(hào)的幅度變化是正常現(xiàn)象。幅度變化范圍從10%到100%或更多。這種現(xiàn)象通常是由于發(fā)生的厚度變化或材料成分的變化。

（五）檢測(cè)完成后的檢查校驗(yàn)

每隔一小時(shí)至少做校準(zhǔn)檢查，無論何時(shí)任何系統(tǒng)組件或操作者發(fā)生改變，或操作者認(rèn)為在系統(tǒng)中可能發(fā)生了一些變化。單個(gè)掃描之間不需要進(jìn)行校準(zhǔn)。

（六）檢測(cè)結(jié)果及損傷區(qū)域的判定

如果在儀器屏幕水平基線2.0和8.0之間有信號(hào)完全消失情況時(shí)，應(yīng)對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行如下評(píng)估：

對(duì)信號(hào)完全消失的檢測(cè)區(qū)域完成以下步驟：把儀器的增益設(shè)置為在0.9英寸厚的試塊臺(tái)階上信號(hào)幅度是80%并增加18 dB。將探頭繼續(xù)置于可疑區(qū)域，并觀察是否仍然有信號(hào)的損失。如果沒有發(fā)現(xiàn)信號(hào)的完全消失，繼續(xù)掃描。

如果在CRT水平基線2.0和8.0之間仍然出現(xiàn)信號(hào)完全損失的現(xiàn)象，則可以通過繪圖識(shí)別完全喪失信號(hào)的可疑區(qū)域。對(duì)于可疑區(qū)域外信號(hào)幅值等于或小于100%滿屏情況，可通過降低50%信號(hào)幅值的方法確定可疑區(qū)域的邊緣;對(duì)于可疑區(qū)域外信號(hào)幅值大于100%滿屏情況，可通過把信號(hào)幅值降低到100%滿屏信號(hào)來確定可疑區(qū)域的邊緣。

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