飞机关键零部件疲劳损伤的声发射实时监测

　　声发射是指材料或结构在外力或内力作用下产生塑性变形或断裂(损伤),以弹性波形式迅速释放应力和应变能的现象。这一内在因素决定了声发射检测/监测技术是一种动态无损检测技术,特别适用于结构完整性的实时监测和实时损伤评价,在实时监测领域具有巨大的应用潜力。

　　由于声发射技术具有全面、准确和快速等特点,在航空领域,欧美等发达国家不但在飞机的研制过程中应用声发射技术进行飞机材料、零部件及整机疲劳损伤的研究[1-2];而且将声发射检测/监测技术断工作。

　　作为常规手段广泛地应用于飞机维修及延寿的各个时期,几乎包括军用、民用飞机的各种机型。美国从20世纪70年代就开始探索用声发射技术检测在役飞机,取得一定的成功后,在20世纪80年代把声发射监测作为F-111,F-15等飞机执行预知维修计划的一部分,进行定期检查,达到了最新的现代化维修水平,并在此基础上改写了损伤容限评价报告及空军结构维修计划(内部资料)。英国皇家空军于20世纪90年代初期开始将AE技术用于对VC10飞机的老化研究和检测,并取得成功。由于飞机较大,用了四套PAC公司的SPARTAN系统,总数达288个声发射通道[3]。国内某研究所在20世纪90年代中期进行过歼教七飞机整机疲劳试验声发射监测的研究,并成功地发现主梁螺孔疲劳裂纹[4]。同时,国内也进行过机载声发射监测系统的研究[5],取得了一定的成果。笔者结合某型飞机水平尾翼疲劳试验的声发射监测,探讨在役飞机关键零部件疲劳损伤的声发射实时监测技术。

　　1　试验简介

　　某型飞机的水平尾翼通过半轴悬挂固定于后机身上,由固定在机身上的作动筒驱动活动支臂(活动支臂与水平尾翼固连在一起)围绕半轴摆动(最大摆角±5°)(图1)。在飞机俯仰和倾斜时,通过驱使水平尾翼绕半轴上、下摆动,维护飞机的平衡,保证飞机以各种姿态飞行的安全。疲劳试验是在全尺寸飞机悬空状态下以等幅谱进行的,对于处于机身内部的半轴的疲劳损伤,常规无损检测技术无能为力,因此笔者拟采用声发射技术进行实时监测。

　　2　声发射监测设置

　　声发射实时监测试验采用美国PAC公司生产的20通道DiSP系统,门槛值固定为40 dB,系统主增益20 dB,前置放大器增益40 dB,预触发均为32μs,记录数据长度1024点,峰值定义时间(PDT)、波击定义时间(HDT)和波击闭锁时间(HLT)分别是300,600和1 000μs。

　　由于半轴安装在水平尾翼和后机身内部,是不可达部件,通过测试,其状态只能通过安装在后机身下表面、半轴正下方的宽带传感器A(图1)进行监测,接入DiSP系统可以进行波形采集与分析的通道,相应的带通滤波器通带频率设定在100 kHz~2 MHz,采样频率5 MHz。