飛機(jī)機(jī)體損傷檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)分析

俞蕓蕓

（南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院，江蘇 南京211156）

1 概述

飛機(jī)在飛行服役過(guò)程中，會(huì)因?yàn)楦鞣N原因產(chǎn)生一定的機(jī)體損失，損傷的檢測(cè)與評(píng)估關(guān)系著飛機(jī)的正常使用，是讓飛機(jī)維持適航性和航班正常運(yùn)作的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)在我國(guó)執(zhí)行的適航條例明確規(guī)定了對(duì)每一架飛機(jī)必須按損傷容限準(zhǔn)則進(jìn)行檢查評(píng)估，保證飛機(jī)在壽時(shí)，其損傷達(dá)到臨界尺寸之前能夠被檢查發(fā)現(xiàn)并完成修理，以保持航空器結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足剩余強(qiáng)度的要求，保證航空器的適航性。本文是以機(jī)體損傷的檢測(cè)與評(píng)估為主要內(nèi)容，對(duì)飛機(jī)經(jīng)歷損傷后，維修人員所需要做的檢測(cè)方式和評(píng)估流程進(jìn)行了描述，讓維修人員可以更快地選擇實(shí)施修理方案，對(duì)癥下藥，節(jié)省維修時(shí)間。

2 飛機(jī)機(jī)體損傷類(lèi)型

飛機(jī)機(jī)體損傷可以從三個(gè)角度進(jìn)行分類(lèi)，一種是按照損傷嚴(yán)重程度進(jìn)行分類(lèi)，一種是根據(jù)損傷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分類(lèi)，第三種是按損傷初始型式分類(lèi)，不同損傷產(chǎn)生的表象有所不同，對(duì)應(yīng)的處理方式也有所不同。

2.1 按損傷的嚴(yán)重程度分類(lèi)

飛機(jī)機(jī)體的損傷按照損傷的嚴(yán)重程度可以分為三類(lèi)：可允許損傷、可修理?yè)p傷及不可修理?yè)p傷。

2.1.1 可允許損傷：機(jī)體結(jié)構(gòu)完成檢查后發(fā)現(xiàn)損傷較輕，低于修理手冊(cè)所規(guī)定的損傷容限值，可以不必更換構(gòu)件或者不需要修理，這種損傷被稱(chēng)作為可允許損傷。例如一些細(xì)小的鑿刻痕跡等，能夠用類(lèi)似順滑的方式去除。

2.1.2 可修理?yè)p傷：機(jī)體結(jié)構(gòu)完成檢查后發(fā)現(xiàn)損傷較嚴(yán)重，但可以通過(guò)一些方法修理好損傷，這種損傷被稱(chēng)作為可修理?yè)p傷。例如蒙皮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱時(shí)可以通過(guò)補(bǔ)片的方法加強(qiáng)蒙皮的原始強(qiáng)度。

2.1.3 不可修理的損傷：機(jī)體結(jié)構(gòu)完成檢查后發(fā)現(xiàn)損傷嚴(yán)重，不可修理或者進(jìn)行修理后從經(jīng)濟(jì)角度上判斷不合理，這種損傷被稱(chēng)作為不可修理?yè)p傷[1]。這種損傷需要通過(guò)更換損傷構(gòu)件從而恢復(fù)到正常的使用。

2.2 按損傷的原因分類(lèi)

2.2.1 非正常使用造成的損傷，飛機(jī)在飛行過(guò)程中出于各種因素的影響，會(huì)出現(xiàn)一定的結(jié)構(gòu)損傷，例如：a.飛行進(jìn)入急盤(pán)旋時(shí)對(duì)操縱面造成損傷；b. 飛行時(shí)襟翼放下速度高于放下襟翼的限速，因此襟翼以及其操縱機(jī)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)載而損傷；c.飛機(jī)重著陸或超重著陸時(shí)，由于較大的垂直慣性對(duì)起落架及其鄰近結(jié)構(gòu)造成損傷。

2.2.2 正常使用中的損傷，飛機(jī)的使用過(guò)程就是消耗飛機(jī)壽命的過(guò)程，它和人一樣多多少少會(huì)有些小毛病，例如：a.交變載荷引起的疲勞損傷，主要是疲勞裂紋；b.環(huán)境因素引起的服飾損傷；c.飛機(jī)構(gòu)件間相互摩擦引起的摩擦損傷；d.飛機(jī)結(jié)構(gòu)件在飛行引起的振動(dòng)下產(chǎn)生的松動(dòng)損傷。

2.2.3 非正常維護(hù)行為所造成的損傷：飛機(jī)在停機(jī)維護(hù)時(shí)由于人為原因或者其他原因造成機(jī)體損傷，例如：刮傷、劃傷及撞傷等。

2.2.4 加工過(guò)程中造成的損傷，飛機(jī)的損傷部位在修復(fù)過(guò)程中，由于不正確的加工工藝而導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生缺陷，例如飛機(jī)的蒙皮進(jìn)行鉚接時(shí)锪窩過(guò)深，而在之后的疲勞載荷的作用下產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致蒙皮開(kāi)裂。

2.2.5 機(jī)體除去上述原因的損傷，還有其他損傷，例如：a.刻痕：尖銳物體在結(jié)構(gòu)件表面留下面積較小但有深度的痕跡，并且造成了材料損失；b.凹坑：較鈍物體在結(jié)構(gòu)件表面留下面積較小但圓滑的變形，沒(méi)有材料損失；c.穿孔：由于外力（雷擊、表面點(diǎn)蝕等）穿透了結(jié)構(gòu)件表面，形成了面積較小的空洞。

2.3 按初始型式分類(lèi)

飛機(jī)機(jī)體的損傷按初始型式可分為兩類(lèi)：第一種是明顯的大面積損傷，一般是離散源損傷；離散源損傷是醒目的大面積損傷，一般是飛行物撞擊或者飛機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)件掉落飛出造成，例如飛鳥(niǎo)撞擊、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片斷裂、輪胎爆裂等。在適航條例中規(guī)定，此類(lèi)損傷發(fā)生后，要求證明飛機(jī)的安全性才能繼續(xù)飛行。第二種是容易忽略的小損傷，一般是環(huán)境惡化、意外事故或疲勞引起。

3 機(jī)體損傷檢測(cè)方法與評(píng)估

3.1 損傷檢測(cè)方法

當(dāng)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)機(jī)體可能出現(xiàn)損傷時(shí)，需要對(duì)損傷進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，從而判斷該損傷是否可允許發(fā)生以及維修處理的緊急程度。

機(jī)體損傷檢測(cè)方法中最常見(jiàn)的兩種是目視檢查法和無(wú)損檢測(cè)法[2]。目視檢查法是檢查者在一定亮度條件下用眼睛或者借助其他工具（如內(nèi)窺鏡）直接觀察飛機(jī)及其結(jié)構(gòu)件。目視檢查法是飛機(jī)維修中檢查飛機(jī)安全性的重要手段之一，亦稱(chēng)為光學(xué)-目視檢查法。目視檢查法作為重要維修方法，它操作簡(jiǎn)便、直觀、成本低、檢查范圍廣，以及可以發(fā)現(xiàn)表面寬度大的裂紋、機(jī)械磨損、表面腐蝕、壓傷、斷裂、永久變形、保護(hù)層脫落、零件上的沉積物、系統(tǒng)的滲漏等損傷和缺陷。但是，人的肉眼分辨率低，只能發(fā)現(xiàn)寬度較大的裂紋(寬度為0.1～0.01mm)，寬度小于0.01mm 的裂紋就無(wú)法發(fā)現(xiàn)。

在檢查微小缺陷、零件內(nèi)部缺陷以及目視所不能勝任的情況下，需要采用無(wú)損探傷方法檢查。無(wú)損檢測(cè)法有多種不同形式的檢測(cè)方法：渦流檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、射線(xiàn)檢測(cè)、超聲檢測(cè)等，不同結(jié)構(gòu)材料的損傷需要根據(jù)其屬性選擇不同的無(wú)損檢測(cè)方法。例如，第一種渦流檢測(cè)是以電磁感應(yīng)為原理，對(duì)導(dǎo)電材料制成的構(gòu)件，進(jìn)行表面和近表面的無(wú)損檢測(cè)，其基本原理見(jiàn)圖1，渦流檢測(cè)對(duì)疲勞裂紋和應(yīng)力腐蝕裂紋缺陷比較敏感，有很高的靈敏度，可以在飛機(jī)未經(jīng)拆卸的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)許多部位作原位檢查。由于電磁感應(yīng)原理，渦流檢測(cè)對(duì)導(dǎo)電材料的裂紋、折疊、夾雜及氣孔等有較精準(zhǔn)的檢測(cè)。但是對(duì)強(qiáng)磁性材料，由于此種材料不均勻的導(dǎo)電率，渦流檢測(cè)無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)。

圖1 渦流檢測(cè)原理示意圖

第二種，磁粉檢測(cè)是利用磁現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中的缺陷，如圖2 是材料損傷時(shí)出現(xiàn)的不連續(xù)處漏磁場(chǎng)和磁痕分布，磁粉檢測(cè)可以直觀地觀察裂紋、發(fā)紋、白點(diǎn)等缺陷的形狀、大小和位置，具有較高靈敏度，同時(shí)不受工件大小和形狀限制，但是由于磁粉檢測(cè)的原理，該檢測(cè)方法只適用于鐵磁性材料，部件表面如有涂層、覆蓋層等會(huì)影響檢測(cè)的靈敏度。

圖2 不連續(xù)處漏磁場(chǎng)和磁痕分布

第三種，滲透檢測(cè)是以毛細(xì)管原理為基礎(chǔ)，用于非多孔材料的開(kāi)口到表面的無(wú)損檢測(cè)方式，即將含有染料的滲透劑施加到非多孔材料表面上，如果有不連續(xù)性現(xiàn)象，在毛細(xì)作用下，滲透劑會(huì)滲入，去除表面多余的滲透劑并施加顯像劑，缺陷中的滲透劑被吸出形成顯示。滲透檢測(cè)幾乎可以用于所有表面非多孔材料的缺陷檢測(cè)，不受缺陷的形狀、尺寸和位置的影響，所用設(shè)備和操作也很簡(jiǎn)單，故被廣泛應(yīng)用。但是滲透檢測(cè)對(duì)結(jié)構(gòu)件的表面預(yù)處理要求高，工序多流程長(zhǎng)，且檢測(cè)用到的溶劑長(zhǎng)時(shí)間與人體接觸對(duì)人也有所損傷。

3.2 機(jī)體損傷評(píng)估

機(jī)體結(jié)構(gòu)件根據(jù)對(duì)飛機(jī)安全性的影響被劃分為重要結(jié)構(gòu)項(xiàng)目(SSI)和其他結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，而重要結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中包含了所有的主要結(jié)構(gòu)件(PSE)，對(duì)機(jī)體損傷的評(píng)估也就是對(duì)主要結(jié)構(gòu)件的評(píng)估[3]。若評(píng)估后發(fā)現(xiàn)損傷程度在損傷容限內(nèi)再根據(jù)實(shí)際情況修訂維修方案。損傷容限是指機(jī)體經(jīng)受一定的離散源、環(huán)境、意外或疲勞損傷后，機(jī)體保持剩余安全強(qiáng)度的能力[4-5]。如果飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件在使用壽命期內(nèi)產(chǎn)生了嚴(yán)重?fù)p傷(裂紋或其他局部損傷)，在損傷被檢測(cè)出之前，結(jié)構(gòu)還能承受合理的載荷而不會(huì)出現(xiàn)破壞或過(guò)度變形，則認(rèn)為該結(jié)構(gòu)是滿(mǎn)足損傷容限的[6]。

對(duì)主要結(jié)構(gòu)件損傷的評(píng)估流程如圖3，其中DTR 評(píng)估[7]，指的是疲勞損傷容限額定值評(píng)估，將已知的飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)合飛機(jī)的結(jié)構(gòu)特性與維護(hù)人員的檢測(cè)能力，對(duì)疲勞進(jìn)行定量分析。EDR 評(píng)估指的是環(huán)境惡化額定值，通過(guò)環(huán)境損傷的敏感性和及時(shí)性來(lái)進(jìn)行對(duì)比評(píng)定，即環(huán)境惡化額定值是敏感性與及時(shí)性之和。ADR 評(píng)估指的是偶然損傷額定值，即敏感性指數(shù)與及時(shí)性指數(shù)之和[8]。其中敏感性指數(shù)由飛機(jī)遭受意外損傷的可能性和損傷后的剩余強(qiáng)度組成，而及時(shí)性指數(shù)是根據(jù)損傷尺寸的敏感性和檢查的可見(jiàn)性評(píng)定。通過(guò)DTR、EDR、ADR 評(píng)估體系，評(píng)估損傷是否對(duì)飛機(jī)安全飛行起著關(guān)鍵作用，從而確定檢查和維護(hù)大綱。

圖3 主要結(jié)構(gòu)件損傷的評(píng)估流程

4 結(jié)論

飛機(jī)機(jī)體產(chǎn)生損傷的原因有多種，對(duì)應(yīng)的損傷表象和特點(diǎn)也不同，大致可按照損傷嚴(yán)重程度、損傷產(chǎn)生的原因和損傷的初始型式進(jìn)行分類(lèi)。為了保證飛機(jī)飛行的安全性和適航性，需要對(duì)損傷進(jìn)行檢測(cè)以及評(píng)估，檢測(cè)的方法主要有目視檢查法和無(wú)損檢測(cè)法，而損傷評(píng)估一般是對(duì)機(jī)體的主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估損傷是否會(huì)威脅飛機(jī)的安全飛行，從而決定需要采取的維修手段，因此，飛機(jī)機(jī)體損傷的研究對(duì)飛機(jī)的安全飛行極其重要。