飞机疲劳试验期间无损检测质量控制

刘正刚，喻甲其

（航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司，四川成都 610092）

0 引言

面对错综复杂的国际形势，提高国家国防战斗力，保障军队中高科技技术设备的稳定性与可靠性在国防安全维护中具有积极意义。军用飞机造价高，因此促其使用寿命得到提升非常重要。在投入使用前务必要结合飞机疲劳试验要求推进飞机疲劳试验开展，以此第一时间掌握裂纹位置、萌生与拓展状况，因此做好飞机关键结构件疲劳寿命的科学评估相当重要。代工业发展水平的提高，为无损检测技术提出了更高要求，无损检测技术从一般的无损检测朝定量检测与评价、自动无损检测过渡，除了需对存在缺陷位置进行检测外，还需对缺陷形状、尺寸、性质以及取向进行测量，且在断裂力学理论的作用下对包含缺陷的对象展开寿命预测[1]。飞机疲劳试验里的疲劳损伤属于试验开展的一项具体考核目标，而无损检测作为疲劳试验的重要技术之一，做好飞机疲劳试验期间无损检测环节的质量控制尤其重要，可使无损检测工作开展质量更有保证，还会影响整个飞机质量，关系到飞行人员的生命安全。

1 飞机疲劳试验无损检测工作特征

飞机疲劳试验件和零部件的典型特征是单一一类零部件产品向一个庞大组合型产品转变，对飞机疲劳试验期间无损检测开展的特征给予总结：①需要检测的对象存在非常复杂的结构，包含到单层与多层结构，在这种状况下自动化设备可能无法发挥明显功效；②需要检测的材料类别相当繁杂，包括发动机结构矿锌合金、蒙皮框梁的铝合金、起落架的高强度钢等[2]；③检测环境相当复杂，机身外部（尤其是机翼）存在大量加载点覆盖，检测人员在检测过程中的活动范围受限；④检测任务较重。具体检测过程中不但需做好各试验日的常规检测，还应强化巡视检查，明确可能存在的疲劳损伤从而得到更多的损伤数据。

2 无损检测在质量控制中的应用

2.1 设计阶段

基于质量的适用性概念能够得出，可靠性与维修性是设计质量的延伸及拓展，根据设计来明确产品可靠程度、性能与可维修性情况，进行适宜产品结构形式选择，做好检查、试验方法与验收标准制定，总的来说设计直接与产品固有质量息息相关[3]。

无损检测在设计环节的作用如上所述，基于该现象对航空工业进行分析，美国早在20世纪70年代发布了军用标准MILI-6870《飞机材料和零件无损检测要求》，和MIL-A-8344《飞机损伤容限要求》相互配合，指出设计单位需对无损检测具体能力给予综合考虑，从而让结构设计要求和无损检测分辨力、灵敏度、可靠性保持一致，并需设计单位进行无损检测技术要求审查部设立，来加强零件图纸、相应文件标注的允许缺陷类型、无损检测方法及规范、关键部位、原位无损检测项目与要求是否达标给予审查，审查结束做好签名。无损检测在设计环节中的重要性可见一斑。

2.2 研制、生产阶段

设计资料与图纸等被下达给研制生产部门后，首要任务即购买原材料来制作出与设计师要求相符的零件，因此为材料供应、研制商提出的技术要求不仅包含化学成分、力学性能[4]，还涉及无损检测相关要求，这就需要从两方面进行分析：

（1）基于宏观缺陷视角着手：无损检测工作人员怎样把设计部门所允许的存在与零件方面的实际缺陷大小对材料的要求进行转变，对材料至零件的复杂过程展开分析，能够发现该转化并非单一的对设计要求的一致。

（2）基于微细缺陷与非均质性视角着手：明白程度与性质均存在差异的非均一性会让性能下降至哪种程度，与设计要求的标准是否相符，不过此类非均一性能够随机分布，那么又不得不分析采取什么无损检测手段对存在的非均一性问题给予评价；此外冷热加工工艺领域和无损检测技术相互配合，协作的关系与材料研究的情况基本相同。

若无损检测不参与其中，设计人员是不能准确把控产品质量的。相反，这些信息反馈同样在提高设计质量中发挥重要作用。

2.3 使用阶段

要让使用性能更有保证，使用部门应结合设计部门所要求的周期与方法，以及制造部门给出的具体零部件检测条例做好指定零部件的无损检测，及时获得使用部门的无损检测结果，若存在问题需对其中的原委进行分析，确保检测与制造水平均得到提升[5]，促使使用性能增强，达到延长使用寿命的效果。典型的即疲劳损伤则属于飞机使用过程中实效的关键原因，真正的疲劳裂纹主要由约1μm微观裂纹发展所致，该尺寸相较于现有的无损检测水平明显更低。要使这一复杂问题得到解决，早在20世纪60年代就建议把零件最大寿命预定成无裂纹运转期，一旦达到平均值即作报废处理。不过通过大量研究发现，疲劳损伤范围主要由微小原子错排至大的裂纹，因裂纹延伸对大部分疲劳寿命给予占据，其中的裂纹成长至临界长度则会发生零件失效现象，因此有研究者提出报废的标准需依靠先进的无损检测技术给予优化改进。

3 飞机疲劳试验无损检测质量控制要点

通常情况下无损检测涉及到“人、机、料、法、环”5大关键点，飞机疲劳试验无损检测同样如此，其中飞机疲劳试验里的料涉及两方面内容，一是无损检测用品材料需与检测要求相符，包括渗透产品；二是检测对象材料，基于原材料的选用控制转变成对料的认知，涉及料的种类、相应部位的结构特征，是否属于复合材料，有无原始缺陷等。

要将飞机疲劳试验无损检测期间质量控制落实到位，应以飞机疲劳无损检测特征作为依据，基于如下3大环节对飞机疲劳无损检测“人、机、料、法、环”展开质量管控，使飞机质量更有保障。

3.1 检测准备阶段

涉及检测配备者资质审查、检测任务输入文件提取和结合以上要求编制的无损检测实施大纲。具体为：飞机结构相当繁杂，大型规格飞机更是如此，因此在开展飞机疲劳试验无损检测前应对任务设计方给出的检测内容任务书进行分析，做好无损检测方法设计，并结合对应的标准规范要求编制无损检测操作规程或大纲，为无损检测工作开展提供指导。

3.2 检测执行与中间环节的调整阶段

涉及无损检测的执行，飞机疲劳试验期间疲劳任务的修改引起的无损检测任务改变，做好无损检测工艺以及大纲的优化升级。飞机疲劳试验期间无损检测大纲根据疲劳飞机检测内容与深度把检测细分成周期检测、日常检测、寿命检测与拆毁检测，同时疲劳检测过程耗时非常长，疲劳试验开展时可能会产生试验调整现象，要求无损检测根据实际情况作出合理调整。无损检测质量控制点的选择应对如下3个问题给予充分考量：①为何需要进行无损检测调整；②无损检测调整最终结果，尤其是调整检测方法后的首次检测结果；③若检测时间、部位与方法发生明显改变，无损检测大纲只有不断改革升级方可使全新检测要求得到满足。

3.3 结果评定与跟踪阶段

涉及损伤性质评定包括紧固件开裂、磨损类损伤的跟踪监控。

4 飞机疲劳试验无损检测质量计划编制原则

飞机疲劳试验检测属于系统性工程，整个工程开展过程相当复杂，因此在无损检测质量计划编制时应做到一目了然、主次分明，使无损检测期间各项操作能够高效执行，提高无损检测结果的准确性。

无损检测质量计划所牵涉的内容包括：①对无损检测开展情况给予全面跟进，做好无损检测大纲的改进完善；②进行双人管理项目无损检测人员制度制定，确保检测工作得到持续稳定发展；③确定所采取的标准规范，使得无损检测工艺编制内容更加合理；④对无损检测期间质量控制要点给予确定；⑤对每次无损检测记录与对应的报告文件相关内容给予确定。

5 飞机疲劳试验无损检测质量控制评价指标

5.1 检出概率

对规定种类及大小缺陷进行检测，因一旦发现漏检会导致飞机运行过程中出现结构或零部件失效的情况，诱发飞行安全事故。

5.2 误判率

以损伤容限设计的飞机结构或零部件在检测过程中一旦发生误判可能会存在安全隐患，因此在剩余寿命时间的判断上不可偏长或偏短，否则带来的后果不单是引起严重的经济损失，还会出现人员伤亡，因此保证低误判率属于无损检测质量的关键。

5.3 测量精度

做好测量数据误差的控制，使其在能接受的范围内。

6 结语

飞机包括军用机与民用机两种，民用飞机对安全和成本更关注，而军用机对飞机战斗能力以及存活率更关注，因此对疲劳试验开展的要求更高，这直接关系到飞机后续的安全使用，关系到战斗员的生命安全。20世纪50年代前相关人员对飞机结构疲劳寿命问题的重视度不高，世界各国的飞机强度规范里没有专门针对疲劳强度的要求，因此疲劳试验的开展也未被提上日程。在航空事业逐渐发展的背景下，飞机性能日渐增强，各类新材料与新结构涌现，飞机结构在使用期间疲劳破坏以及安全可靠相互间矛盾涌现，在这种形势下疲劳试验逐渐被推行起来。其中无损检测属于疲劳试验的一项重要技术，在保证飞机质量中有着举足轻重的作用。飞机疲劳试验无损检测能够及时发现潜藏的损伤，做好“人、机、料、法、环”5大无损检测质量管控要求的把控，因此需结合飞机疲劳试验无损检测特征进行质量控制计划与要点制定，确保飞机疲劳试验无损检测质量不断提高。