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1、质量控制 无损检测与航空维修 许占显 李服群 伍 艳 (空军第一航空学院,河南信阳 464000) 摘 要 随着飞机结构的合理设计和无损检测手段的加强,航空维修已由定时维修向视情维 修和可靠性维修方式转变。无损检测是航空维修的基础和技术关键。 主题词 飞机 无损检测 维修检测 复合材料 蜂窝结构 NONDESTRUCTIVE TESTING AND AERONAUTICAL MA INTENANCE Xu Zhanxian L i Fuqun WuYan (The First A eronautical Institute of the A irforce, Henan) Abstract T
2、he way of aircraft maintenance has been changed fromti me maintenance to on2condition maintenance and reliability maintenance w ith the development of aircraft structure design and nondestructive testing technique. Nondestructive testing is the basis and keypoint for the maintenance of aircraft. Key
3、words A ircraft Nondestructive testing M aintenance exam ination Composite Honeycomb 无损检测(NDT)在我国航空领域的应用始于 60年代初, 80年代初期才在各航空兵部队大范围地 推广,主要使用磁粉、 涡流、 超声波、 渗透和射线等常 规检测手段和声振检测等新技术发现航空技术装备 承力结构及其易损零部件的疲劳损伤和腐蚀等缺陷 隐患,无损检测在航空维修领域为保证飞行安全发 挥着越来越重要的作用。 1 航空维修方式的革新 先进无损检测技术的应用使飞机维修方式发生 了变化,由定时维修向视情维修、 状态监控维修及可
4、靠性维修等方式转变。早期的航空维修方式是定时 维修,即飞机零部件在规定的时间间隔或固定的累 计工作时间的基础上,按预先安排的计划进行维修, 这种维修方式便于实施,但盲目性较大,维修时间 长。 视情维修是通过监测、 监控飞机结构及零部件的 工作状态,根据具体情况作必要的预防性维修,该方 式针对性强,但须有适当的检测手段。后来,由于对 飞机附件,特别是对电子元件缺陷和故障规律的认 识加深,形成了可靠性维修(RCM ), 即以故障模式 和故障影响分析为基础,以维修的适应性、 有效性和 经济性为准则确定是否进行预防性维修,其基本点 是根据产品故障规律采取不同方式控制维修时间, 对有损耗性故障规律的构件
5、作定时维修,对无损耗 性故障规律的构件则进行监测视情维修。70年代, 美国民航采用RCM方式后其维修费用下降了 30%。图1是美国海军 改进的维修计划 确定器件 项目维修任务和类别的决断逻辑图,它是用来修订 现行维修方式的,其在P23飞机飞行中队的实施,使 维修工作量减少了50%左右。图2是修理工厂对机 件大修控制类型决断图,据此,可正确确定每一机件 的大修控制类型,达到提高维修质量、 缩短修理周期 和降低修理成本的目的。图3是野战条件下飞机战 伤评估的逻辑决断图,由这些图可见,用无损检测发 现飞机损伤、 战伤和故障隐患以及判定损伤程度是 航空维修的先期工作,是革新维修工作的关键环节。 2 飞
6、机损伤与常规无损检测技术 飞机损伤按损伤原因可分为非正常使用、 非正 常维护、 交变疲劳载荷作用、 环境污染及结构零部件 的摩擦等;按损伤形式可分为裂纹(破断)、 磨损、 腐 蚀、 脱粘与形变等;按损伤产生的时机分为制造缺 陷、 使用缺陷与维修缺陷等。据国外资料报道,飞机 由疲劳裂纹所致损伤约占50%;从美国空军64起 飞机结构重大断裂事故分析可见, 55%的事故来源 于结构材料缺陷和工艺缺陷等形成的疲劳裂纹。据 统计,一架我国50年代的某型飞机在每次进厂翻修 时,一般有64个零件的135处产生过裂纹;一架60 962 第22卷第6期 2 0 0 0年6月 无损检测 NDT Vol . 22
7、No. 6 June 2 0 0 0 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 图1 图2 年代某型飞机有70多个零件常产生裂纹;一台涡喷 发动机有80多个零件出现过裂纹。在航空维修领 域,通常对在役飞机完成使用条件下的缺陷检测及 维修质量评定。50年代前,装有活塞式发动机的飞 机结构简单,其负荷零件及结构的探伤主要靠目视、 手摸、 耳听和鼻嗅等简单方法。后来,结构复杂的喷 气式飞机对安全可靠性提出了更高的要求,目视等 简单手段已满足不了检测要求,急
8、需更有效的技术 和设备来探测肉眼不能观测到的处于早期发展阶段 的损伤,这促成了磁粉、 涡流、 渗透、 射线和超声波等 图3 常规飞机损伤检测技术的形成。其中射线和超声检 测主要用于内部缺陷的探测,而磁粉和涡流检测用 于表面缺陷的探测,渗透检测只能探测表面开口裂 纹。 为确保其检测结果的可靠性,有时对同一零件需 采用两种或更多方法检测,如检测飞机轮毂时先用 渗透法检测表面裂纹,再用超声法检测内部裂纹及 表面缺陷,最后用涡流法复查关键部位有无裂纹。 3 无损检测在航空维修中的地位 3. 1 无损检测是探测故障缺陷的重要手段 飞机在飞行训练和空中格斗过程中承受巨大载 荷,许多零部件又在腐蚀介质中工作
9、,高负荷飞机, 072 许占显等:无损检测与航空维修 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 特别是老飞机,其承力结构及零部件最易产生疲劳 损伤,为保证飞行安全,需采用NDT技术尽早探出 裂纹,以便采取必要的措施,排除飞行隐患。 3. 2 无损检测是革新维修模式和技术的关键 目前,航空修理厂的修理体制已由以修理小组 为主转为以故障检测为中心;在航空维修领域,维修 已由定时向视情和可靠性维修方式转变。尽管原来 的维修方式在实际维修中仍然采用,但多发生
10、了变 化,NDT手段的加强和飞机结构的合理设计使能检 测部位特别是外场检测部位和构件增多,视情和可 靠性维修得以实现,在外场可维修解决的项目,不必 送工厂解决;能在机上原位维修的,不必拆下构件修 理。NDT是航空维修的基础,是革新维修方式的技 术关键。 3. 3 无损检测是制定维修工艺的重要依据 修理有损伤的飞机,显然要根据损伤及其严重 程度来进行,这些需要NDT人员首先对损伤进行 探测和评定,修理人员根据探测和评定结果制定和 实施修理工艺,从而做到有的放矢,节省维修时间。 在战时,快速NDT是快速抢修的前提,也是提 高飞机出动率的基本环节。战伤飞机外部的宏观损 伤不需要无损检测,修理人员可用
11、肉眼直接观察到, 但是封闭结构的损伤、 与宏观损伤相近的微小损伤 以及隐蔽和潜生的损伤必须由NDT人员采用 NDT设备才能确定,否则无法制定快速抢修方案。 3. 4 无损检测是延长飞机寿命的技术依据 在飞机维修前,要用NDT技术确定损伤范围、 种类和程度,修理后也要用必要的检测手段确定和 评定修理质量。 飞机使用达到设计寿命时,能否继续 服役,需由权威机构根据飞机的使用和维修情况以 及定期无损检测的数据记录并结合实验综合评定。 4 飞机无损检测技术 由于新材料、 新结构、 新工艺的使用和可靠性要 求的提高,航空技术装备的检测技术与设备也随之 更新发展,突出表现在以下方面: 4. 1 原位检测
12、飞机大修需拆开检查某些机件,拆装试验的工 作量一般是检测工作的几倍到几十倍,且机件拆装 次数越多就越易损伤,因此,应尽可能不拆或少拆零 件,实现原位检测,如某型歼击机检测工艺规定了 22个原位检测点,一些先进发动机(如W P2 13) 均有 孔探仪探测窗口。国外过去检查一级涡轮导向器叶 片的弯曲变形是拆下发动机送工厂检查,成本高、 费 时,现在用射线检测法,则可实现原位检测,几小时 就可检查一台发动机,大大节约维修时间和费用。 4. 2 动态监控技术 目前,飞机损伤NDT大多在离位静态和原位 静态下完成,但很少提取缺陷或损伤在工作应力状 态下的扩展趋势等动态信息。国外已对飞机主要应 力结构实时
13、监控,当飞机结构产生裂纹并扩展到一 定程度即发出警告。 国内也在开发声发射监控装置, 90年代,空军第一研究所对某型歼击机主梁下凸缘 航前及航后螺栓孔等关键部位疲劳裂纹的形成和扩 展进行地面监控,成果接近或达到国际水平。 4. 3 蜂窝结构与复合材料检测 复合材料和蜂窝结构比强度大、 比刚度高,在飞 机上应用越来越多。国外先进飞机上使用的复合材 料如树脂基类 , F 216达2% , F218为10%左右,鹞式 飞 机达20%。美国A TF飞机结构上计划使用 41. 4%热塑性复合材料,无疑是NDT检测的新领 域。 蜂窝结构和复合材料主要产生分层、 脱粘和开裂 等缺陷,目前可用液晶、 超声波、
14、 声阻、 射线和红外线 方法检测,但突出的问题是检测结果可靠性不高、 灵 敏度低,特别是机上原位检测,因此需重视飞机复合 材料和蜂窝结构等新结构、 新材料的无损检测。 4. 4 发展智能化、 便携式小型设备 飞机结构零部件和新材料、 新结构的原位检测 有效性和可靠性离不开先进的智能化探测设备,特 别是在外场,更适合采用便携式和移动式设备(如航 空检测车 ), 现在超声成象、 涡流成象和射线CT等 计算机智能控制设备为缺陷的探测和评定提供了有 效手段。80年代,美国空军的萨克拉门托后勤中心 投资约2 590万美元建造了一套机器人操纵的实时 X射线和中子射线照相系统,它特别适用于定期维 护的飞机,
15、至少可节约50%检测和修理时间,启用 10个月,仅节约的维修费用即可收回设备的投资。 总之,无损检测在航空维修领域发挥着越来越 重要的作用。飞机损伤检测从技术上,由常规NDT 技术向新技术(如声发射、 红外和激光全息照相等) 方向发展;从工艺上,由离位静态检测向原位静态检 测和原位动态监测、 监控方向发展;从设备上,将计 算机控制技术和信号处理技术相结合,由仪表指示 向数字式和视频图象等智能设备方向发展;从检测 理论上,由损伤定位向损伤定量和定性及可靠性评 定方向发展;从人员上,向专业化(检测技术等级证 书)、 高学历、 高层次及复合型方向发展。 这些方面的 变革正极大地推动着航空维修质量的提高。 收稿日期: 1999202203 172 许占显等:无损检测与航空维修 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载