民用飞机结构无损检测方法研究

陈继伟

【摘 要】在民用飞机的设计阶段，必须针对飞机结构制定全面有效的检查方法，以便飞机在运营过程中定期执行安全检查，预防灾难性破坏事件。本文对无损检测方法在民用飞机结构上的应用进行了研究探讨。

【关键词】民用飞机；结构；无损检测

中图分类号： V267.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）21-0029-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.013

【Abstract】When a type of aircraft is designed，effective detecting programs must be formulated in order to perform periodic examinations on aircraft to prevent disasters.This paper introduces the application of non-destructive testing （NDT） method on civil aircraft structures.

【Key words】Civil Aircraft；Structures；NDT

0 引言

民用飛机结构的设计不仅要进行强度分析、损伤容限评定，按照适航条款的要求，还必须针对主要结构件制订有效的检查手册，供航空公司在长期运营过程中对飞机进行定期“体检”，及早发现裂纹、损伤等安全隐患，避免灾难性的后果。飞机主要结构件承受着飞行载荷、增压载荷、地面载荷以及操纵载荷，相当于人体的肌肉和骨骼，它的完整性是整个飞机结构完整性的基础，因此必须按照检查间隔要求、使用适当的无损检测技术对主要结构件进行检查。

1 无损检测技术

1.1 常见检测方法

常见的无损检测方法有以下几种：

a）涡流检测

利用交变电流产生的电磁场与被检材料相互作用时的电磁参数变化，可推断出金属表面裂纹和内部腐蚀的情况。

b）超声检测

超声波在材料中遇到缺陷时会引起声波信号的变化，据此可检测结构内部裂纹、分层等损伤的位置和大小。

c）X射线检测

X射线穿透结构时在胶片上会形成图像，当结构内部存在缺陷时成像会产生变化，据此可检测结构内部的裂纹、夹杂等缺陷。

d）渗透检测

利用液体渗透现象和毛细作用，可检测零件表面的裂口等缺陷；检测前后需要对零件表面进行清洗。

e）磁粉检测

铁磁性材料磁化后，若存在缺陷，磁粉受缺陷处漏磁场的影响聚集在缺陷上，可检出表面缺陷的形状；

1.2 检查方法选择

如何选择有效的检查方法取决于以下几个因素：

a）被检测结构的材料特性

如铝合金、不锈钢、复合材料等。

b）被检测结构的接近路径

如直接检测零件表面或者进行内部穿透性检测。

c）缺陷的种类

如裂纹、磨损、腐蚀、擦伤、划伤、鼓包、压痕、分层等。

2 飞机结构无损检测应用

2.1 飞机制造阶段

民用飞机结构是由蒙皮、长桁、隔框和地板组成的半硬壳式结构。目前单通道窄体客机如A320和B737的机身结构主要由铝合金零件组成。铝合金等金属板材在机械加工、钣弯成形或者热处理之后，可能会由于工艺过程的偏离而产生裂纹等缺陷，因此在零件加工完毕之后，必须先进行无损检测排除缺陷后才能继续表面处理和喷漆的工艺。对于大尺寸、大批量铝合金零件的检测需求，渗透检查是最为简单、准确、低成本的无损检测方法，广泛应用于铝合金等金属零件成形后的检查。

对于双通道宽体客机如A350和B787，机体结构主要由复合材料制成。复合材料零件的缺陷多集中在零件内部，如分层、孔隙率超差等。一般采用超声检测和X射线结合的方式进行检测。

2.2 飞机运营阶段

飞机在长期运营过程中，必须对飞机结构尤其是主要结构件的疲劳损伤或者意外损伤进行定期检测，在损伤发生的初期进行处理以避免机体部件断裂破坏等严重危害飞行安全的事件。适航条款针对飞机结构的检查程序有严格要求，飞机设计单位需要制订切实可行的无损检测手册供航空公司使用。

对于已装机零部件，拆卸检查费时费力，需考虑尽量不影响结构完整性的检查方法。对于复合材料结构，通常来说疲劳性能要优于金属结构，一般情况采用目视检查的方法检查壁板、隔框等的损伤情况。对于关键连接部位，超声检查应用的十分广泛。

对于金属结构，涡流检测是最常见的检查方法，涡流检测设备携带方便，费用适中并且检测效率高。机体结构重要连接处的紧固件孔，一般采用涡流检测的方法。涡流检测又分为低频涡流和高频涡流检测，对于零件表面的紧固件孔，如图1所示，一般采用高频涡流检测，操作简单并且信号较好。对于多层结构中间层的零件，高频涡流信号较差，一般需采用低频涡流的检测方法，有时需要制作单独试块进行比对。

3 结论

无损检测方法和程序对于民用飞机的安全运营十分重要，本文结合飞机制造、运营的经验对无损检测技术在民用飞机上的应用进行了研究。未来随着复合材料飞机结构的研制推广，复材飞机结构的无损检测方法将变得更为重要。

【参考文献】

[1]《飞机设计手册》总编委会，飞机设计手册第10册[M].航空工业出版社，2000.

[2]牛春匀，Composite Airframe Structures[M].航空工业出版社，2010.