民航客机ELT天线检查中低频涡流技术的应用

李毅洋

（厦门航空有限公司，福建 厦门 361000）

0 引 言

应急定位发射系统ELT（Emergency Locator Transmitter）是保障飞机安全的重要系统。马来西亚航空MH370次航班的失联，引起了全球民航界的恐慌。失事后它的搜索与救援工作的缓慢和毫无头绪，使得外界质疑飞机的应急定位发射系统是否保持在有效工作状态。

ELT天线加强框区域的检查一般采用高频涡流检测，从客舱内部接近改装区域，对其进行高频涡流检测。由于改装区域在靠后部的机背顶上，从客舱接近，必须拆除客舱顶板及相应设备，工序复杂、繁琐。如果能用低频涡流技术从外部对ELT天线改装区域进行检查，将省去拆除客舱顶板设备工序，大大简化工作流程，提高工作效率。因此，以下将着重介绍低频涡流检测方法。

1 ELT天线加强框区域结构分析

ELT天线一般位于机身靠后部的机背顶上，在飞行过程中天线容易受到各种复杂环境的干扰和影响，导致ELT天线固定区域容易产生疲劳裂纹。因此，维修部门通过飞机的起落循环数制定检测间隔，定期检测确定ELT天线安装区域的可靠性，从而有效检测天线安装区域产生的裂纹，避免安全隐患。

2 低频涡流方法替代的理论基础

涡流透入材料的深度称为渗透深度[1]，定义涡流密度衰减到其表面值的1/e（大约37%）时的渗透深度称为标准渗透深度，也称集肤深度。在一个标准渗透深度处，涡流密度是表面涡流密度的1/e（大约37%），即：

式中：Js为标准渗透深度处涡流密度，J0而表面涡流密度，则标准渗透深度为：

3 损伤容限与检查周期

损伤容限是飞机结构的一种限定标准[2]。如果某结构项目在使用寿命期内发生了严重损失，如裂纹等，在损失探测出之前，结构还能承受合理的载荷而不会出现破坏或过度变形，则该项目被认为是满足损伤容限的。

损伤容限结构是允许结构的任何部位存在一定限度的损伤，并依赖检查保证安全使用的结构，原理如图1所示。它将结构承受能力的下降与损伤探测能力、检查周期联系在一起。在保证飞行安全检查要求的情况下，允许结构承载能力有所下降。但是，必须在结构强度下降至剩余强度、裂纹扩展到临界裂纹长度时，保证通过有效的检测手段发现损伤。通过检查、修复，保持损伤不超过允许极限。

检查大纲中规定了检查方法、检查门槛值和重复检查周期，应有合理的检查方法和频次，以保证发现损伤和监控损伤的发展。对于不同的检查方法，不同的检查灵敏度，也应对应不同的检查重复周期。检测灵敏度越高，重复检查的周期越长，门槛值越低；检测灵敏度越低，重复检查的周期越短，门槛值越高。它们的关系如图2所示。

高频涡流检测的灵敏度是高于低频涡流检测的。为了保证检测的可靠性，可以缩短检查周期提高检查门槛值，保证裂纹扩展到临界长度前、强度下降至剩余强度前发现损伤，以有效保证用低频涡流替代高频涡流的有效性。

图1 损伤容限设计原理

图2 检查方法与可检周期的关系

4 低频涡流的频率选择和被检区域的涡流密度实验

检查时选择正确的频率，是保证被检查区域有足够的涡流密度的前提条件。激励频率是低频涡流检测中的一个关键因素。由于集肤效应，当交变磁场垂直投入到导体时，导体中感应出的涡流密度随着距表面深度的增加呈指数规律衰减。涡流检测的最大深度可达渗透深度的3倍左右。在这个深度上，涡流密度仅为表面密度的5%。这时，检测灵敏度已经很低，超过这个深度，涡流检测显得无能为力。

因此，渗透深度是选择试验频率的一个重要依据。工作前，为了排除漆层厚度等其他影响因数，利用超声波测厚仪测量其第一层厚度，根据不同覆盖层厚度合理选取合适的试块及其对应的频率范围至关重要。此时，应参考厂家提供的NDT手册，通过实验参考表表1得出检测频率实值。

5 设备调试和检测

厂家EMTEQ的手册第51-EQ-03章节里有仪器设备相关的内容。根据实际情况，选用NORTEC 500D涡流仪，满足上述要求，并进行仪器调试，如图3所示。探头使用直径为0.787 4～1.117 6 cm、频率为500 Hz～80 kHz的反射式屏蔽探头。

采用低频涡流检测技术检查，使用高空车从机顶外部接近ELT天线改装区域，无须拆除任何客舱设备。在检测区域平衡仪器，沿着紧固件周围慢慢扫查，同时观察仪器屏幕显示。对于凸头紧固件，探头沿着紧固件端头扫查；对于平头紧固件，借助圆形模板扫查，以保证探头离紧固件距离相同。当发现有信号超过20%满屏或看起来疑似刻痕信号，需在信号出现的位置做好标记。

每检查一段就应该根据蒙皮厚度在参考试块上校准刻痕信号。当信号与先前校准信号超过10%改变时，应再次检测从上一次校准后检测的所有紧固件，同时要频繁对比扫查信号与参考试块上的刻痕信号。

图3 仪器调试信息

6 检测结果判断分析及经验介绍

（1）由于低频涡流信号灵敏度较低，超过20%满屏或者信号响应类似刻痕信号的，都应该特别关注，并从客舱内部用高频涡流进行验证检查，或执行旋转扫查紧固件程序。

（2）根据蒙皮厚度的变化，时刻将扫查时的信号和参考试块上的刻痕信号进行对比。检查过程中，应携带测厚仪分段检查区域厚度，及时调整低频涡流的检测频率，保证被检区域的涡流密度。

（3）如试块上的干扰信号与飞机上实际检测的干扰信号相似，则能充分说明检测效果的有效性。使用导向规，尽量减少边缘效应的影响。如果在紧固件孔下边缘有裂纹信号时，信号会在基线上上升而不是下降。

（4）飞机蒙皮会受外部温度、湿度以及漆层厚度的影响，特别是高温的夏日。蒙皮内侧局部腐蚀也可能造成厚度减少，检查时不能简单使用参考试块调试仪器、确定频率，应结合实际情况，制作相应结构的摸拟试块。

表1 几种常用试块的频率厚度对比表

（5）制定检查周期时，应有合理的检查方法和频次，以保证发现损伤和监控损伤的发展。对于不同的检查方法、不同的检查灵敏度，检查重复周期也应该不同。

7 结 论

相对之前从客舱用高频涡流检测ELT天线加强框区域，从机顶用低频涡流检测加强框区域不仅提高了效率，而且有效避免了拆装客舱内部设备及除胶时触碰ELT天线开关带来的风险隐患。虽然低频涡流在实际检测过程容易受各种干扰因素的影响，但是只要根据实际厚度变化选择合适的检测频率，保证被检区域有足够的涡流密度，将有效检测出裂纹信号。经过两年多的实际执行，厂家发布的此项技术改进方案取得了良好的效果。