飛機疲勞試驗期間無損檢測質量控制

劉正剛，喻甲其

（航空工業成都飛機工業（集團）有限責任公司，四川成都 610092）

0 引言

面對錯綜復雜的國際形勢，提高國家國防戰斗力，保障軍隊中高科技技術設備的穩定性與可靠性在國防安全維護中具有積極意義。軍用飛機造價高，因此促其使用壽命得到提升非常重要。在投入使用前務必要結合飛機疲勞試驗要求推進飛機疲勞試驗開展，以此第一時間掌握裂紋位置、萌生與拓展狀況，因此做好飛機關鍵結構件疲勞壽命的科學評估相當重要。代工業發展水平的提高，為無損檢測技術提出了更高要求，無損檢測技術從一般的無損檢測朝定量檢測與評價、自動無損檢測過渡，除了需對存在缺陷位置進行檢測外，還需對缺陷形狀、尺寸、性質以及取向進行測量，且在斷裂力學理論的作用下對包含缺陷的對象展開壽命預測[1]。飛機疲勞試驗里的疲勞損傷屬于試驗開展的一項具體考核目標，而無損檢測作為疲勞試驗的重要技術之一，做好飛機疲勞試驗期間無損檢測環節的質量控制尤其重要，可使無損檢測工作開展質量更有保證，還會影響整個飛機質量，關系到飛行人員的生命安全。

1 飛機疲勞試驗無損檢測工作特征

飛機疲勞試驗件和零部件的典型特征是單一一類零部件產品向一個龐大組合型產品轉變，對飛機疲勞試驗期間無損檢測開展的特征給予總結：①需要檢測的對象存在非常復雜的結構，包含到單層與多層結構，在這種狀況下自動化設備可能無法發揮明顯功效；②需要檢測的材料類別相當繁雜，包括發動機結構礦鋅合金、蒙皮框梁的鋁合金、起落架的高強度鋼等[2]；③檢測環境相當復雜，機身外部（尤其是機翼）存在大量加載點覆蓋，檢測人員在檢測過程中的活動范圍受限；④檢測任務較重。具體檢測過程中不但需做好各試驗日的常規檢測，還應強化巡視檢查，明確可能存在的疲勞損傷從而得到更多的損傷數據。

2 無損檢測在質量控制中的應用

2.1 設計階段

基于質量的適用性概念能夠得出，可靠性與維修性是設計質量的延伸及拓展，根據設計來明確產品可靠程度、性能與可維修性情況，進行適宜產品結構形式選擇，做好檢查、試驗方法與驗收標準制定，總的來說設計直接與產品固有質量息息相關[3]。

無損檢測在設計環節的作用如上所述，基于該現象對航空工業進行分析，美國早在20世紀70年代發布了軍用標準MILI-6870《飛機材料和零件無損檢測要求》，和MIL-A-8344《飛機損傷容限要求》相互配合，指出設計單位需對無損檢測具體能力給予綜合考慮，從而讓結構設計要求和無損檢測分辨力、靈敏度、可靠性保持一致，并需設計單位進行無損檢測技術要求審查部設立，來加強零件圖紙、相應文件標注的允許缺陷類型、無損檢測方法及規范、關鍵部位、原位無損檢測項目與要求是否達標給予審查，審查結束做好簽名。無損檢測在設計環節中的重要性可見一斑。

2.2 研制、生產階段

設計資料與圖紙等被下達給研制生產部門后，首要任務即購買原材料來制作出與設計師要求相符的零件，因此為材料供應、研制商提出的技術要求不僅包含化學成分、力學性能[4]，還涉及無損檢測相關要求，這就需要從兩方面進行分析：

（1）基于宏觀缺陷視角著手：無損檢測工作人員怎樣把設計部門所允許的存在與零件方面的實際缺陷大小對材料的要求進行轉變，對材料至零件的復雜過程展開分析，能夠發現該轉化并非單一的對設計要求的一致。

（2）基于微細缺陷與非均質性視角著手：明白程度與性質均存在差異的非均一性會讓性能下降至哪種程度，與設計要求的標準是否相符，不過此類非均一性能夠隨機分布，那么又不得不分析采取什么無損檢測手段對存在的非均一性問題給予評價；此外冷熱加工工藝領域和無損檢測技術相互配合，協作的關系與材料研究的情況基本相同。

若無損檢測不參與其中，設計人員是不能準確把控產品質量的。相反，這些信息反饋同樣在提高設計質量中發揮重要作用。

2.3 使用階段

要讓使用性能更有保證，使用部門應結合設計部門所要求的周期與方法，以及制造部門給出的具體零部件檢測條例做好指定零部件的無損檢測，及時獲得使用部門的無損檢測結果，若存在問題需對其中的原委進行分析，確保檢測與制造水平均得到提升[5]，促使使用性能增強，達到延長使用壽命的效果。典型的即疲勞損傷則屬于飛機使用過程中實效的關鍵原因，真正的疲勞裂紋主要由約1μm微觀裂紋發展所致，該尺寸相較于現有的無損檢測水平明顯更低。要使這一復雜問題得到解決，早在20世紀60年代就建議把零件最大壽命預定成無裂紋運轉期，一旦達到平均值即作報廢處理。不過通過大量研究發現，疲勞損傷范圍主要由微小原子錯排至大的裂紋，因裂紋延伸對大部分疲勞壽命給予占據，其中的裂紋成長至臨界長度則會發生零件失效現象，因此有研究者提出報廢的標準需依靠先進的無損檢測技術給予優化改進。

3 飛機疲勞試驗無損檢測質量控制要點

通常情況下無損檢測涉及到“人、機、料、法、環”5大關鍵點，飛機疲勞試驗無損檢測同樣如此，其中飛機疲勞試驗里的料涉及兩方面內容，一是無損檢測用品材料需與檢測要求相符，包括滲透產品；二是檢測對象材料，基于原材料的選用控制轉變成對料的認知，涉及料的種類、相應部位的結構特征，是否屬于復合材料，有無原始缺陷等。

要將飛機疲勞試驗無損檢測期間質量控制落實到位，應以飛機疲勞無損檢測特征作為依據，基于如下3大環節對飛機疲勞無損檢測“人、機、料、法、環”展開質量管控，使飛機質量更有保障。

3.1 檢測準備階段

涉及檢測配備者資質審查、檢測任務輸入文件提取和結合以上要求編制的無損檢測實施大綱。具體為：飛機結構相當繁雜，大型規格飛機更是如此，因此在開展飛機疲勞試驗無損檢測前應對任務設計方給出的檢測內容任務書進行分析，做好無損檢測方法設計，并結合對應的標準規范要求編制無損檢測操作規程或大綱，為無損檢測工作開展提供指導。

3.2 檢測執行與中間環節的調整階段

涉及無損檢測的執行，飛機疲勞試驗期間疲勞任務的修改引起的無損檢測任務改變，做好無損檢測工藝以及大綱的優化升級。飛機疲勞試驗期間無損檢測大綱根據疲勞飛機檢測內容與深度把檢測細分成周期檢測、日常檢測、壽命檢測與拆毀檢測，同時疲勞檢測過程耗時非常長，疲勞試驗開展時可能會產生試驗調整現象，要求無損檢測根據實際情況作出合理調整。無損檢測質量控制點的選擇應對如下3個問題給予充分考量：①為何需要進行無損檢測調整；②無損檢測調整最終結果，尤其是調整檢測方法后的首次檢測結果；③若檢測時間、部位與方法發生明顯改變，無損檢測大綱只有不斷改革升級方可使全新檢測要求得到滿足。

3.3 結果評定與跟蹤階段

涉及損傷性質評定包括緊固件開裂、磨損類損傷的跟蹤監控。

4 飛機疲勞試驗無損檢測質量計劃編制原則

飛機疲勞試驗檢測屬于系統性工程，整個工程開展過程相當復雜，因此在無損檢測質量計劃編制時應做到一目了然、主次分明，使無損檢測期間各項操作能夠高效執行，提高無損檢測結果的準確性。

無損檢測質量計劃所牽涉的內容包括：①對無損檢測開展情況給予全面跟進，做好無損檢測大綱的改進完善；②進行雙人管理項目無損檢測人員制度制定，確保檢測工作得到持續穩定發展；③確定所采取的標準規范，使得無損檢測工藝編制內容更加合理；④對無損檢測期間質量控制要點給予確定；⑤對每次無損檢測記錄與對應的報告文件相關內容給予確定。

5 飛機疲勞試驗無損檢測質量控制評價指標

5.1 檢出概率

對規定種類及大小缺陷進行檢測，因一旦發現漏檢會導致飛機運行過程中出現結構或零部件失效的情況，誘發飛行安全事故。

5.2 誤判率

以損傷容限設計的飛機結構或零部件在檢測過程中一旦發生誤判可能會存在安全隱患，因此在剩余壽命時間的判斷上不可偏長或偏短，否則帶來的后果不單是引起嚴重的經濟損失，還會出現人員傷亡，因此保證低誤判率屬于無損檢測質量的關鍵。

5.3 測量精度

做好測量數據誤差的控制，使其在能接受的范圍內。

6 結語

飛機包括軍用機與民用機兩種，民用飛機對安全和成本更關注，而軍用機對飛機戰斗能力以及存活率更關注，因此對疲勞試驗開展的要求更高，這直接關系到飛機后續的安全使用，關系到戰斗員的生命安全。20世紀50年代前相關人員對飛機結構疲勞壽命問題的重視度不高，世界各國的飛機強度規范里沒有專門針對疲勞強度的要求，因此疲勞試驗的開展也未被提上日程。在航空事業逐漸發展的背景下，飛機性能日漸增強，各類新材料與新結構涌現，飛機結構在使用期間疲勞破壞以及安全可靠相互間矛盾涌現，在這種形勢下疲勞試驗逐漸被推行起來。其中無損檢測屬于疲勞試驗的一項重要技術，在保證飛機質量中有著舉足輕重的作用。飛機疲勞試驗無損檢測能夠及時發現潛藏的損傷，做好“人、機、料、法、環”5大無損檢測質量管控要求的把控，因此需結合飛機疲勞試驗無損檢測特征進行質量控制計劃與要點制定，確保飛機疲勞試驗無損檢測質量不斷提高。