用声发射方法来检测飞机的结构完整性

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　　如果声发射技术能对结构完整性进行检查的话。那么运行飞机在晚间的逗留中，就能进行机体缺陷。


　　声发射本身并非新颖。将换能器安置在结构物上，通过其内压力的变化或施加作用力，改变结构内应力状况，其裂纹和腐蚀缺陷四周就会释放出特殊频率的信息，借助计算机通常情况下，便能确定缺陷的位置。

　　80年代初，石化行业率先使用该技术来检测存贮罐和载运罐车。如UnionCarbide公司，Exxen公司，Dupont公司。此外，声发射技术在军用航空部门也得到使用。

　　然而，在民用航空部门，当时声发射并未得到应用。不过，大家普遍认为，声发射技术和射线检测，热力学评估，全息技术一样是一种有潜力的技术。

　　声发射技术早期的试验没有成功，建议者认为是仪器的性能不合适。目前，随着技术的发展和声射信号的平行处理技术和模数转换等的采用，情况发生了很大变化。

　　位于PRINCETON，N.J.的美国物理声学公司 (PAC) 就是积极开发新技术，是该法投入实用的一家公司。在最近几个月里，他们分别对正为HUGHES飞机公司改造刷新的波音720B和某家公司拟购买的707型飞机进行了测试。

　　在707上发现了裂纹，720B上检查发现了一条半英寸深的裂纹，位于尾舱上。该机在进行声发射技术检查前，已飞行了2700航次，共计56000小时，而且声发射检查是在射线检查约1000航时后进行的。当时射线检查未发现裂纹。

　　开展声发射试验的第一步要做好结构衰减性研究，该研究要分析清信号是如何在结构中传递的。这一步在727型飞机上，进行125个换能器的合理安排，花了16小时。这些数据建立后，以后的同类型飞机，安排传感器就会简单得多。

　　试验的下一步工作是换能器的安置。根据衰减分析和波音服务专刊上提供的材料，在720B上，我们每隔4—8英尺布置传感器，同时设置滤波功能，删除背景噪声的影响。

　　机身压力通过舱体加压产生。动力来自机体本身的2台发动机，试验中，先将压力升至4磅/平方英寸，发现了声发射，进而升到6磅/平方英寸。PAC公司负责该试验的人员说，他们成功地从发动机背景噪声中分离出了裂纹信号。

　　“试验过程中，我们使用耳塞摆脱干扰，”JOHN CARLYLE— 一位高级研究员兼试验负责人说，但是，尽管如此，我们在机身上拆断铅笔时，仪器仍很灵敏地捕捉到了信号。

　　整个试验中，把机身划分成8个感觉区域。6个传感器，在机身前部，1个在风档位置，1个在起落架顶部，进行第二次试验时将压力升到8磅/平方英寸时的数据，将压力升高后测试结果还是一样。而且由于完成了衰减特性分析和传感器的布置讨论，第二次试验，过程只用31个小时。

　　在靠窗的机体上发现了裂纹。其它的裂纹，如铆接周围、叠接处和机翼联接处也已发现，裂纹尺寸从0.05英寸到10英寸大小不等。

　　其中许多缺陷是飞行150航次以前的涡流检查中没有发现的。机翼的检查采用其它办法。一个方法是用矿场油充填油箱改变结构载荷，测量裂纹信号。

　　在加州的MCCLELLAN AFB公司，对F-111S飞机也进行了声发射测试(见下图)。加载位置分别在机翼、机首、尾部或其它位置，检查其裂纹缺陷状况。目前位于MCCLELLAN的所有F-111S机都按规定的期限和大修中进行声发射测试。

　　开始时，AFB公司的官员也对声发射技术持怀疑态度，但是当用AE检查出了机翼贯穿螺栓的失效缺陷时，情况发生了变化。当时，该螺栓在目视检查中没有找出问题，当技术人员扭转它时，仍表现得很坚固，但是，进一步的检查却发现该螺栓确如诊断的已经失效。

　　PAC公司还对F-15型飞机进行全面的疲劳研究，这项工作目前正在进行，其目标在于减小飞机的检查时间。成功后，就投入实际使用。

　　声发射技术是被联邦航空局所应用在飞机服役检查的一种方法。其它的技术还包括热象检查和全息技术。CARLGLE说：“AE技术不是对任何其它技术的替代。我们想使大家了解的是AE确确实实是一种能对飞机进行全面检查，帮助我们摆脱10000多个全部接点逐个检查的一项技术。”


　　CABLGLE指出：现行的几种检测方法对大多数部件的检查是有效的，人们在做这项工作，但仍要进一步加强。

　　采用AE技术的突出优点是减少故障的判断对人的依赖性，计算机图示被测物体，缺陷处视其严重性用不同色彩的斑点状描绘，仪器进一步给出客观的判断。

　　来源：美国物理声学公司PAC北京代表处微信公众号，原文摘录自《AVIATION &SPACE TECHNOLOGY》August 28,1989。