飛機(jī)疲勞試驗(yàn)期間無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量控制

劉正剛，喻甲其

（航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川成都 610092）

0 引言

面對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)，提高國(guó)家國(guó)防戰(zhàn)斗力，保障軍隊(duì)中高科技技術(shù)設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性在國(guó)防安全維護(hù)中具有積極意義。軍用飛機(jī)造價(jià)高，因此促其使用壽命得到提升非常重要。在投入使用前務(wù)必要結(jié)合飛機(jī)疲勞試驗(yàn)要求推進(jìn)飛機(jī)疲勞試驗(yàn)開(kāi)展，以此第一時(shí)間掌握裂紋位置、萌生與拓展?fàn)顩r，因此做好飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件疲勞壽命的科學(xué)評(píng)估相當(dāng)重要。代工業(yè)發(fā)展水平的提高，為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提出了更高要求，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)從一般的無(wú)損檢測(cè)朝定量檢測(cè)與評(píng)價(jià)、自動(dòng)無(wú)損檢測(cè)過(guò)渡，除了需對(duì)存在缺陷位置進(jìn)行檢測(cè)外，還需對(duì)缺陷形狀、尺寸、性質(zhì)以及取向進(jìn)行測(cè)量，且在斷裂力學(xué)理論的作用下對(duì)包含缺陷的對(duì)象展開(kāi)壽命預(yù)測(cè)[1]。飛機(jī)疲勞試驗(yàn)里的疲勞損傷屬于試驗(yàn)開(kāi)展的一項(xiàng)具體考核目標(biāo)，而無(wú)損檢測(cè)作為疲勞試驗(yàn)的重要技術(shù)之一，做好飛機(jī)疲勞試驗(yàn)期間無(wú)損檢測(cè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制尤其重要，可使無(wú)損檢測(cè)工作開(kāi)展質(zhì)量更有保證，還會(huì)影響整個(gè)飛機(jī)質(zhì)量，關(guān)系到飛行人員的生命安全。

1 飛機(jī)疲勞試驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)工作特征

飛機(jī)疲勞試驗(yàn)件和零部件的典型特征是單一一類零部件產(chǎn)品向一個(gè)龐大組合型產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，對(duì)飛機(jī)疲勞試驗(yàn)期間無(wú)損檢測(cè)開(kāi)展的特征給予總結(jié)：①需要檢測(cè)的對(duì)象存在非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包含到單層與多層結(jié)構(gòu)，在這種狀況下自動(dòng)化設(shè)備可能無(wú)法發(fā)揮明顯功效；②需要檢測(cè)的材料類別相當(dāng)繁雜，包括發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)礦鋅合金、蒙皮框梁的鋁合金、起落架的高強(qiáng)度鋼等[2]；③檢測(cè)環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，機(jī)身外部（尤其是機(jī)翼）存在大量加載點(diǎn)覆蓋，檢測(cè)人員在檢測(cè)過(guò)程中的活動(dòng)范圍受限；④檢測(cè)任務(wù)較重。具體檢測(cè)過(guò)程中不但需做好各試驗(yàn)日的常規(guī)檢測(cè)，還應(yīng)強(qiáng)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(shù)據(jù)。

2 無(wú)損檢測(cè)在質(zhì)量控制中的應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)階段

基于質(zhì)量的適用性概念能夠得出，可靠性與維修性是設(shè)計(jì)質(zhì)量的延伸及拓展，根據(jù)設(shè)計(jì)來(lái)明確產(chǎn)品可靠程度、性能與可維修性情況，進(jìn)行適宜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式選擇，做好檢查、試驗(yàn)方法與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)制定，總的來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)直接與產(chǎn)品固有質(zhì)量息息相關(guān)[3]。

無(wú)損檢測(cè)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的作用如上所述，基于該現(xiàn)象對(duì)航空工業(yè)進(jìn)行分析，美國(guó)早在20世紀(jì)70年代發(fā)布了軍用標(biāo)準(zhǔn)MILI-6870《飛機(jī)材料和零件無(wú)損檢測(cè)要求》，和MIL-A-8344《飛機(jī)損傷容限要求》相互配合，指出設(shè)計(jì)單位需對(duì)無(wú)損檢測(cè)具體能力給予綜合考慮，從而讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和無(wú)損檢測(cè)分辨力、靈敏度、可靠性保持一致，并需設(shè)計(jì)單位進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)技術(shù)要求審查部設(shè)立，來(lái)加強(qiáng)零件圖紙、相應(yīng)文件標(biāo)注的允許缺陷類型、無(wú)損檢測(cè)方法及規(guī)范、關(guān)鍵部位、原位無(wú)損檢測(cè)項(xiàng)目與要求是否達(dá)標(biāo)給予審查，審查結(jié)束做好簽名。無(wú)損檢測(cè)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的重要性可見(jiàn)一斑。

2.2 研制、生產(chǎn)階段

設(shè)計(jì)資料與圖紙等被下達(dá)給研制生產(chǎn)部門后，首要任務(wù)即購(gòu)買原材料來(lái)制作出與設(shè)計(jì)師要求相符的零件，因此為材料供應(yīng)、研制商提出的技術(shù)要求不僅包含化學(xué)成分、力學(xué)性能[4]，還涉及無(wú)損檢測(cè)相關(guān)要求，這就需要從兩方面進(jìn)行分析：

（1）基于宏觀缺陷視角著手：無(wú)損檢測(cè)工作人員怎樣把設(shè)計(jì)部門所允許的存在與零件方面的實(shí)際缺陷大小對(duì)材料的要求進(jìn)行轉(zhuǎn)變，對(duì)材料至零件的復(fù)雜過(guò)程展開(kāi)分析，能夠發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)化并非單一的對(duì)設(shè)計(jì)要求的一致。

（2）基于微細(xì)缺陷與非均質(zhì)性視角著手：明白程度與性質(zhì)均存在差異的非均一性會(huì)讓性能下降至哪種程度，與設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)是否相符，不過(guò)此類非均一性能夠隨機(jī)分布，那么又不得不分析采取什么無(wú)損檢測(cè)手段對(duì)存在的非均一性問(wèn)題給予評(píng)價(jià)；此外冷熱加工工藝領(lǐng)域和無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相互配合，協(xié)作的關(guān)系與材料研究的情況基本相同。

若無(wú)損檢測(cè)不參與其中，設(shè)計(jì)人員是不能準(zhǔn)確把控產(chǎn)品質(zhì)量的。相反，這些信息反饋同樣在提高設(shè)計(jì)質(zhì)量中發(fā)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(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)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(cè)條例做好指定零部件的無(wú)損檢測(cè)，及時(shí)獲得使用部門的無(wú)損檢測(cè)結(jié)果，若存在問(wèn)題需對(duì)其中的原委進(jìn)行分析，確保檢測(cè)與制造水平均得到提升[5]，促使使用性能增強(qiáng)，達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的效果。典型的即疲勞損傷則屬于飛機(jī)使用過(guò)程中實(shí)效的關(guān)鍵原因，真正的疲勞裂紋主要由約1μm微觀裂紋發(fā)展所致，該尺寸相較于現(xiàn)有的無(wú)損檢測(cè)水平明顯更低。要使這一復(fù)雜問(wèn)題得到解決，早在20世紀(jì)60年代就建議把零件最大壽命預(yù)定成無(wú)裂紋運(yùn)轉(zhuǎn)期，一旦達(dá)到平均值即作報(bào)廢處理。不過(guò)通過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，疲勞損傷范圍主要由微小原子錯(cuò)排至大的裂紋，因裂紋延伸對(duì)大部分疲勞壽命給予占據(jù)，其中的裂紋成長(zhǎng)至臨界長(zhǎng)度則會(huì)發(fā)生零件失效現(xiàn)象，因此有研究者提出報(bào)廢的標(biāo)準(zhǔn)需依靠先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)給予優(yōu)化改進(jìn)。

3 飛機(jī)疲勞試驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量控制要點(diǎn)

通常情況下無(wú)損檢測(cè)涉及到“人、機(jī)、料、法、環(huán)”5大關(guān)鍵點(diǎn)，飛機(jī)疲勞試驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)同樣如此，其中飛機(jī)疲勞試驗(yàn)里的料涉及兩方面內(nèi)容，一是無(wú)損檢測(cè)用品材料需與檢測(cè)要求相符，包括滲透產(chǎn)品；二是檢測(cè)對(duì)象材料，基于原材料的選用控制轉(zhuǎn)變成對(duì)料的認(rèn)知，涉及料的種類、相應(yīng)部位的結(jié)構(gòu)特征，是否屬于復(fù)合材料，有無(wú)原始缺陷等。

要將飛機(jī)疲勞試驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)期間質(zhì)量控制落實(shí)到位，應(yīng)以飛機(jī)疲勞無(wú)損檢測(cè)特征作為依據(jù)，基于如下3大環(huán)節(jié)對(duì)飛機(jī)疲勞無(wú)損檢測(cè)“人、機(jī)、料、法、環(huán)”展開(kāi)質(zhì)量管控，使飛機(jī)質(zhì)量更有保障。

3.1 檢測(cè)準(zhǔn)備階段

涉及檢測(cè)配備者資質(zhì)審查、檢測(cè)任務(wù)輸入文件提取和結(jié)合以上要求編制的無(wú)損檢測(cè)實(shí)施大綱。具體為：飛機(jī)結(jié)構(gòu)相當(dāng)繁雜，大型規(guī)格飛機(jī)更是如此，因此在開(kāi)展飛機(jī)疲勞試驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)前應(yīng)對(duì)任務(wù)設(shè)計(jì)方給出的檢測(cè)內(nèi)容任務(wù)書進(jìn)行分析，做好無(wú)損檢測(cè)方法設(shè)計(jì)，并結(jié)合對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求編制無(wú)損檢測(cè)操作規(guī)程或大綱，為無(wú)損檢測(cè)工作開(kāi)展提供指導(dǎo)。

3.2 檢測(cè)執(zhí)行與中間環(huán)節(jié)的調(diào)整階段

涉及無(wú)損檢測(cè)的執(zhí)行，飛機(jī)疲勞試驗(yàn)期間疲勞任務(wù)的修改引起的無(wú)損檢測(cè)任務(wù)改變，做好無(wú)損檢測(cè)工藝以及大綱的優(yōu)化升級(jí)。飛機(jī)疲勞試驗(yàn)期間無(wú)損檢測(cè)大綱根據(jù)疲勞飛機(jī)檢測(cè)內(nèi)容與深度把檢測(cè)細(xì)分成周期檢測(cè)、日常檢測(cè)、壽命檢測(cè)與拆毀檢測(cè)，同時(shí)疲勞檢測(cè)過(guò)程耗時(shí)非常長(zhǎng)，疲勞試驗(yàn)開(kāi)展時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生試驗(yàn)調(diào)整現(xiàn)象，要求無(wú)損檢測(cè)根據(jù)實(shí)際情況作出合理調(diào)整。無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量控制點(diǎn)的選擇應(yīng)對(duì)如下3個(gè)問(wèn)題給予充分考量：①為何需要進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)調(diào)整；②無(wú)損檢測(cè)調(diào)整最終結(jié)果，尤其是調(diào)整檢測(cè)方法后的首次檢測(cè)結(jié)果；③若檢測(cè)時(shí)間、部位與方法發(fā)生明顯改變，無(wú)損檢測(cè)大綱只有不斷改革升級(jí)方可使全新檢測(cè)要求得到滿足。

3.3 結(jié)果評(píng)定與跟蹤階段

涉及損傷性質(zhì)評(píng)定包括緊固件開(kāi)裂、磨損類損傷的跟蹤監(jiān)控。

4 飛機(jī)疲勞試驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量計(jì)劃編制原則

飛機(jī)疲勞試驗(yàn)檢測(cè)屬于系統(tǒng)性工程，整個(gè)工程開(kāi)展過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，因此在無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量計(jì)劃編制時(shí)應(yīng)做到一目了然、主次分明，使無(wú)損檢測(cè)期間各項(xiàng)操作能夠高效執(zhí)行，提高無(wú)損檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量計(jì)劃所牽涉的內(nèi)容包括：①對(duì)無(wú)損檢測(cè)開(kāi)展情況給予全面跟進(jìn)，做好無(wú)損檢測(cè)大綱的改進(jìn)完善；②進(jìn)行雙人管理項(xiàng)目無(wú)損檢測(cè)人員制度制定，確保檢測(cè)工作得到持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展；③確定所采取的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使得無(wú)損檢測(cè)工藝編制內(nèi)容更加合理；④對(duì)無(wú)損檢測(cè)期間質(zhì)量控制要點(diǎn)給予確定；⑤對(duì)每次無(wú)損檢測(cè)記錄與對(duì)應(yīng)的報(bào)告文件相關(guān)內(nèi)容給予確定。

5 飛機(jī)疲勞試驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量控制評(píng)價(jià)指標(biāo)

5.1 檢出概率

對(duì)規(guī)定種類及大小缺陷進(jìn)行檢測(cè)，因一旦發(fā)現(xiàn)漏檢會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)或零部件失效的情況，誘發(fā)飛行安全事故。

5.2 誤判率

以損傷容限設(shè)計(jì)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)或零部件在檢測(cè)過(guò)程中一旦發(fā)生誤判可能會(huì)存在安全隱患，因此在剩余壽命時(shí)間的判斷上不可偏長(zhǎng)或偏短，否則帶來(lái)的后果不單是引起嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)出現(xiàn)人員傷亡，因此保證低誤判率屬于無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量的關(guān)鍵。

5.3 測(cè)量精度

做好測(cè)量數(shù)據(jù)誤差的控制，使其在能接受的范圍內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

飛機(jī)包括軍用機(jī)與民用機(jī)兩種，民用飛機(jī)對(duì)安全和成本更關(guān)注，而軍用機(jī)對(duì)飛機(jī)戰(zhàn)斗能力以及存活率更關(guān)注，因此對(duì)疲勞試驗(yàn)開(kāi)展的要求更高，這直接關(guān)系到飛機(jī)后續(xù)的安全使用，關(guān)系到戰(zhàn)斗員的生命安全。20世紀(jì)50年代前相關(guān)人員對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞壽命問(wèn)題的重視度不高，世界各國(guó)的飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范里沒(méi)有專門針對(duì)疲勞強(qiáng)度的要求，因此疲勞試驗(yàn)的開(kāi)展也未被提上日程。在航空事業(yè)逐漸發(fā)展的背景下，飛機(jī)性能日漸增強(qiáng)，各類新材料與新結(jié)構(gòu)涌現(xiàn)，飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用期間疲勞破壞以及安全可靠相互間矛盾涌現(xiàn)，在這種形勢(shì)下疲勞試驗(yàn)逐漸被推行起來(lái)。其中無(wú)損檢測(cè)屬于疲勞試驗(yàn)的一項(xiàng)重要技術(shù)，在保證飛機(jī)質(zhì)量中有著舉足輕重的作用。飛機(jī)疲勞試驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛藏的損傷，做好“人、機(jī)、料、法、環(huán)”5大無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量管控要求的把控，因此需結(jié)合飛機(jī)疲勞試驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)特征進(jìn)行質(zhì)量控制計(jì)劃與要點(diǎn)制定，確保飛機(jī)疲勞試驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量不斷提高。