彭智偉，石 磊，徐 矛，黃華斌

(中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所， 西安 710065)

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目視檢測(cè)在民用飛機(jī)全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用

彭智偉，石 磊，徐 矛，黃華斌

(中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所， 西安 710065)

針對(duì)目視檢測(cè)在民用飛機(jī)全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用，以實(shí)際檢測(cè)為例，介紹了快捷直觀、有效可靠的目視檢測(cè)技巧，以利同行進(jìn)一步提高目視檢測(cè)的效率和可靠性。

飛機(jī)全尺寸結(jié)構(gòu)；疲勞試驗(yàn);無(wú)損檢測(cè);目視檢測(cè)

現(xiàn)代民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，開(kāi)始由安全壽命設(shè)計(jì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟途眯耘c損傷容限設(shè)計(jì)。

損傷容限設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是指飛機(jī)在服役目標(biāo)期內(nèi)，發(fā)生嚴(yán)重疲勞、意外或腐蝕損傷時(shí)，在損傷檢出前，結(jié)構(gòu)能承受合理的載荷而不發(fā)生破壞或失效。在損傷擴(kuò)展至危險(xiǎn)之前被檢出，是保證損傷容限特性的最終控制。無(wú)損檢測(cè)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)零部件/區(qū)域損傷或不連續(xù)性的定性、定量的檢測(cè)能力，則是損傷容限設(shè)計(jì)和飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性要求的重要保障。

在民用航空器的無(wú)損檢測(cè)中，目視檢測(cè)(包括借助儀器的目視)原理簡(jiǎn)單、易于理解和掌握，不受或很少受被檢產(chǎn)品的材料、位置、尺寸等因素影響；通常不需要復(fù)雜的檢測(cè)設(shè)備器材，檢測(cè)結(jié)果具有直觀、真實(shí)、可靠、重復(fù)性好等特點(diǎn)，故應(yīng)用較為廣泛。資料顯示，目視檢測(cè)承擔(dān)著民用航空器80%以上的檢測(cè)任務(wù)[1]。

筆者依據(jù)實(shí)際檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，介紹了目視檢測(cè)在民用飛機(jī)全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用技巧。

1 目視檢測(cè)的定義及分類(lèi)

目視檢測(cè)是指用人的眼睛或借助于光學(xué)儀器,對(duì)工業(yè)產(chǎn)品表面作觀察或測(cè)量的一種檢測(cè)方法[2]。按照是否使用儀器分類(lèi),目視檢測(cè)分為直接目視檢測(cè)和間接目視檢測(cè)。

直接目視檢測(cè)是指直接使用人眼對(duì)被檢測(cè)物體進(jìn)行觀察測(cè)量，使用放大倍數(shù)6倍以下的放大鏡進(jìn)行目視檢測(cè)也歸為直接目視檢測(cè)。在檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)區(qū)域應(yīng)有足夠的照明條件；同時(shí)，人眼與被檢試件表面的距離不應(yīng)超過(guò)600 mm。

間接目視檢測(cè)是指對(duì)被測(cè)物體不能直接進(jìn)行觀察，而需借助光學(xué)儀器設(shè)備進(jìn)行的目視檢測(cè)，通常情況下最常用的間接目視檢測(cè)光學(xué)儀器為光學(xué)內(nèi)窺鏡。

2 影響目視檢測(cè)效果的因素

影響目視檢測(cè)效果的因素，不僅有客觀上的因素，如：觀察過(guò)程中材料表面的照度、顏色等；而且也有人為主觀的因素，如所用方法、檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)與工作態(tài)度等。

目視檢測(cè)人員只有通過(guò)正確的目視方法，熟練運(yùn)用掌握的缺陷查找方法及缺陷信息，對(duì)缺陷進(jìn)行捕捉。FAA(美國(guó)聯(lián)邦航空局)關(guān)于無(wú)損檢測(cè)中人為因素的研究表明：相對(duì)比較客觀因素，影響檢測(cè)結(jié)果最關(guān)鍵的因素是檢測(cè)人員是否充分理解檢測(cè)要求，以及對(duì)檢測(cè)方法的熟悉程度[3]。也就是說(shuō)，在檢測(cè)過(guò)程中人為主觀因素更容易影響檢測(cè)結(jié)果。

3 提高目視檢測(cè)裂紋檢出率的方法

3.1 按檢測(cè)要求進(jìn)行目視檢測(cè)

在全世界眾多航空企業(yè)用來(lái)制訂計(jì)劃維修任務(wù)的“運(yùn)營(yíng)人/制造廠家預(yù)定維修大綱制定文件”中,目視檢測(cè)分為三級(jí)。

(1) 一般目視檢測(cè)(GVI) 對(duì)內(nèi)部或外部大部分區(qū)域的目測(cè)，以檢查明顯的損傷或其他異常情況。這一級(jí)的檢查在能接觸到的距離內(nèi)，且需要正常的可見(jiàn)光線(xiàn)。

(2)詳細(xì)目視檢測(cè)(DET) 對(duì)特定項(xiàng)目損傷或其他異常情況的詳細(xì)檢查。這一級(jí)的檢查通常需要輔助適當(dāng)?shù)牧己霉饩€(xiàn)，并且使用例如放大鏡、內(nèi)窺鏡等增加目視檢測(cè)范圍及檢測(cè)精度的目視器材及設(shè)備；在這一級(jí)的檢查中，需要打開(kāi)一些口蓋及蓋板。

(3) 特別詳細(xì)檢測(cè)(SDI) 對(duì)特定項(xiàng)目損傷或其他異常情況的深度檢查。這一級(jí)的檢查中可能廣泛使用特定的檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備，并大量拆卸分解某些部件。

從MSG-3對(duì)這三級(jí)檢測(cè)的定義，可以看出面對(duì)不同的檢測(cè)要求，目視檢測(cè)從直接目視檢測(cè)到直接目視檢測(cè)加間接目視檢測(cè)，再到拆除某些部位后的目視檢測(cè)與其他無(wú)損檢測(cè)手段的組合檢查。不同的檢測(cè)要求，增加了目視檢測(cè)范圍及目視檢測(cè)難易度。

3.2 飛機(jī)機(jī)體目視檢測(cè)

3.2.1 直接性目視檢測(cè)

直接對(duì)機(jī)體表面疲勞裂紋進(jìn)行目視檢測(cè)時(shí)，由于疲勞裂紋開(kāi)口較細(xì)，如檢測(cè)條件允許應(yīng)盡量調(diào)節(jié)眼睛與機(jī)體表面的距離。一般疲勞試驗(yàn)機(jī)機(jī)體表面都有一層黃色底漆，會(huì)影響到檢測(cè)效果，因此在檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)人員可以從不同的檢測(cè)方位進(jìn)行檢測(cè)，如遇不利于人員站位變化的空間狹小部位，可以采用變化檢測(cè)入射光照角度，觀察在光照區(qū)域是否出現(xiàn)細(xì)小陰影變化來(lái)判別是否存在裂紋。

3.2.2 經(jīng)驗(yàn)性目視檢測(cè)

在飛機(jī)機(jī)體的目視檢測(cè)過(guò)程中，采用一些經(jīng)驗(yàn)性方法進(jìn)行目視檢測(cè)，既可抓住檢測(cè)重點(diǎn)節(jié)約檢測(cè)時(shí)間，又可盡早檢測(cè)出損傷?？s短損傷被發(fā)現(xiàn)時(shí)的長(zhǎng)度，有利于對(duì)損傷的后續(xù)處理方案的確定。筆者單位常用的一些經(jīng)驗(yàn)性目視檢測(cè)方法有：類(lèi)比性目視檢測(cè)、對(duì)稱(chēng)性目視檢測(cè)、加載區(qū)目視檢測(cè)等。

(1) 類(lèi)比性目視檢測(cè)

飛機(jī)耐久性/損傷容限疲勞驗(yàn)證試驗(yàn)的一大目的或者意義在于：為外場(chǎng)飛行的飛機(jī)提供損傷信息，為外場(chǎng)飛機(jī)提供補(bǔ)充檢測(cè)大綱及維修依據(jù)；同時(shí)，為飛機(jī)的改進(jìn)型設(shè)計(jì)提供損傷數(shù)據(jù)支持。這也就意味著，對(duì)后續(xù)飛機(jī)或改進(jìn)型飛機(jī)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以參照飛機(jī)耐久性/損傷容限疲勞驗(yàn)證試驗(yàn)中產(chǎn)生的損傷進(jìn)行類(lèi)比性目視檢測(cè)，以更好地完成目視檢測(cè)任務(wù)。

例如：某A型飛機(jī)上的13長(zhǎng)桁蒙皮左右兩側(cè)不同占位處，出現(xiàn)多處疲勞裂紋，如圖1所示。后在其改進(jìn)型試驗(yàn)機(jī)疲勞試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)13長(zhǎng)桁與框連接處蒙皮裂紋如圖2所示。(文中所有裂紋均首先由目視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)后，再經(jīng)滲透檢測(cè)后拍攝的照片)。

圖1 某A型飛機(jī)上13長(zhǎng)桁蒙皮裂紋示例

圖2 某改進(jìn)型試驗(yàn)機(jī)(對(duì)應(yīng)圖型飛機(jī))疲勞試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的蒙皮裂紋

(2) 對(duì)稱(chēng)性目視檢測(cè)

飛機(jī)結(jié)構(gòu)常為對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)，這為目視檢測(cè)提供了一種檢測(cè)思路，即對(duì)稱(chēng)性目視檢測(cè)。

當(dāng)在飛機(jī)某一部位一側(cè)發(fā)現(xiàn)損傷后，可對(duì)其對(duì)稱(chēng)的另一側(cè)的對(duì)應(yīng)部位進(jìn)行目視檢測(cè)。如某B型飛機(jī)SD979框與左右2長(zhǎng)桁相交處，緣對(duì)稱(chēng)剪切角片對(duì)稱(chēng)裂紋，如圖3所示。

圖3 某B型飛機(jī)框緣對(duì)稱(chēng)剪切角片上的裂紋

(3) 加載區(qū)目視檢測(cè)

飛機(jī)耐久性/損傷容限疲勞驗(yàn)證試驗(yàn)中，將膠布帶粘于飛機(jī)的某些特定區(qū)域，利用加載杠桿連接液壓作動(dòng)筒與膠布帶，使得液壓作動(dòng)筒的力通過(guò)加載杠桿的調(diào)節(jié)，傳遞到膠布帶，施加到飛機(jī)體上來(lái)模擬飛機(jī)空中受力情況。這些加載區(qū)相當(dāng)于傳力起點(diǎn)，受到的載荷比非直接加載區(qū)的大，因此這些加載區(qū)更容易出現(xiàn)疲勞裂紋。

例如：某C型飛機(jī)整流包皮前段蒙皮加載區(qū)出現(xiàn)的疲勞裂紋，如圖4所示。

圖4 某C型飛機(jī)整流包皮前段蒙皮上出現(xiàn)的裂紋

4 結(jié)論

在航空無(wú)損檢測(cè)任務(wù)中，合理利用并歸納目視檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)及技巧，可以快速有效地完成檢測(cè)任務(wù)，而不必盲目走高、精、尖之路；也可使目視檢測(cè)這個(gè)傳統(tǒng)而古老的檢測(cè)方法，在倡導(dǎo)綠色無(wú)損檢測(cè)中發(fā)揮更大的作用。

[1] 常士基，丁克美，許萬(wàn)忠,等.民用航空器無(wú)損檢測(cè)的發(fā)展和現(xiàn)狀[J].無(wú)損檢測(cè)，2008,30(增刊)：102-110.

[2] 徐亞亞.目視檢測(cè)的應(yīng)用[C]∥陜西省第十一屆無(wú)損檢測(cè)年會(huì)，漢中：陜西省無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì),2008:154-158.

[3] 胡衛(wèi)朋.目視檢測(cè)技術(shù)在特種設(shè)備檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].無(wú)損檢測(cè)，2013，35(8)：70-72.

The Application of Visual Inspection in Full Scale Aircraft Structural Fatigue Test

PENG Zhi-wei, SHI Lei, XU Mao, HUANG Hua-bin

(Aircraft Strength Research Institute of China, Xi′an 710065, China)

In this paper some intuitive and effective application experiences and skills were put forward according to the application of visual test in full-scale aircraft structure fatigue test, which may make some references for the same trade to improve the efficiency and reliability of visual test further.

Full scale aircraft structure; Fatigue test; Nondestructive testing; Visual inspection

2016-04-07

彭智偉(1982-)，男，工程師，主要從事無(wú)損檢測(cè)工作。

彭智偉，E-mail: peng235@163.com。

10.11973/wsjc201612015

TG115.28

A

1000-6656(2016)12-0062-03