飞机铆接构件PRFECT探头的线圈夹角影响

远场涡流检测技术不受集肤效应影响,对金属铆接构件隐藏缺陷检测具有巨大优势。针对飞机金属铆接构件的远场涡流检测,建立了铆接构件隐藏缺陷检测三维模型,分析不同屏蔽阻尼材料及组合方式的屏蔽性能,采用激励线圈与检测线圈均环绕铆钉旋转的检测方法,对比激励线圈-铆钉-检测线圈夹角为90°、135°和180°时缺陷检测灵敏度,研究不同缺陷尺寸检测信号特征。仿真与试验结果表明：当屏蔽阻尼为铝+铜时具有最佳屏蔽性能,且远场区距离激励线圈中心最近;当激励线圈和检测线圈间距为30 mm时,激励线圈-铆钉-检测线圈夹角为180°时检测效果最佳;优化后的探头可检测埋深为6 mm、长×宽×深尺寸为5 mm×0.2 mm×1 mm的铆接构件隐藏缺陷,缺陷信号幅值与其体积当量关系相对应,且随缺陷长度及深度的增加呈上升趋势。     

飞机铆接件隐藏缺陷的远场涡流检测探头优化与试验

远场涡流检测技术因检测深度深和检测结果可靠性高等诸多优点适合飞机多层金属铆接构件的快速检测。针对飞机铆接件铆钉孔沿边隐藏裂纹的原位检测，建立了多层金属铆接构件隐藏缺陷平面远场涡流检测有限元模型，对激励线圈内径、磁路结构以及屏蔽阻尼进行了仿真优化，研制了激励线圈和检测线圈均带组合屏蔽结构的传感器，采用激励-检测线圈环绕铆钉旋转扫描的方式，研究多层金属铆接构件铆钉孔沿边隐藏裂纹信号特征。仿真与试验结果表明：罐形磁芯聚磁效果是柱形磁芯的1.85倍，采用铝+铜组合屏蔽罩能够将远场区提前10 mm，检测线圈位于缺陷正上方时，检测信号的幅值和相位存在极大值，且极大值随着缺陷埋深的增加逐渐下降，研究成果可望用于指导飞机多层金属铆接构件的工程检测实践。     

航空发动机涡轮叶片裂纹的阵列涡流检测仿真

阵列涡流检测技术因检测范围大和适应性强等诸多优点适合航空发动机涡轮叶片的快速检测。本文建立了发动机涡轮叶片裂纹阵列涡流检测的有限元模型,研究涡轮叶片的叶盆和叶背两种曲面下阵列涡流传感器的检测信号特征。仿真结果表明:当涡流探头与叶身的提离距离不变时,检测线圈的感应电动势随凸面、平面和凹面的次序逐渐增加;检测纵向裂纹时检测线圈电动势敏感度可达激励线圈的12.5倍,其电动势波峰和波谷的距离可表征纵向裂纹的长度且误差小于1.0mm,而横向裂纹深度也与检测线圈电动势的波谷幅值成单调递减关系,仿真结果可望用于指导发动机涡轮叶片的工程检测实践。     

涡流阵列无损检测技术在大飞机中的应用

涡流阵列检测技术作为一种高效无损检测方法,具有容易实施、检测速度快、对表面及近表面缺陷非常敏感、无需除去表面涂层等优点,广泛用于飞机蒙皮和机身结构件的裂纹、腐蚀等缺陷的检测。阐述无损检测技术在飞机设计、研制生产及使用过程中的应用,采用OmniScan_ECA涡流阵列仪对飞机上使用的高强度钢和铝合金材料的萌生裂纹及内部缺陷进行了检测,确定出埋藏缺陷的大小以及具体的位置和深度,为飞机部件制造中新制品的验收、材料工艺缺陷进行检测,进而为评价结构完整性以及分析材料变形和断裂机制与力学行为提供参考。     

新型涡流检测(探伤)设备

利用导电材料在交变磁场中产生涡流的性质,通过检测导电材料叠加磁场的变化信号以表征材料缺陷的仪器称为涡流探伤仪.涡流探伤仪可用于检测金属材料的裂纹.表征材料的腐蚀情况、电导率以及涂层厚度等信息.     

叶片前缘仿形涡流检测仿真与试验设计

仿形涡流检测技术因其耦合性好可有效抑制检测过程晃动而特别适合对大曲率叶片前缘快速检测。针对涡轮叶片前缘仿形涡流检测建立前缘及仿形线圈有限元模型,运用有限元方法分析叶片前缘凹坑、长裂纹、边沿凹坑3种典型缺陷在内外两种激励、不同内径线圈、不同频率等模式下的检测信号特征。仿真结果表明：大曲率前缘实施仿形涡流检测,检测区域可有效覆盖整个前缘区域,检测频率越高,检测灵敏度越高。双线圈检测模式下,外激励内接收比内激励外接收灵敏高,当内检测线圈尺寸大于缺陷的尺度时,内接收线圈内径越小,其相对灵敏度越高。结合仿真结论,制作前缘缺陷试块,采用锁相放大及图形化编程技术,设计前缘仿形涡流检测系统,试验结果表明,仿形线圈可有效检出前缘典型缺陷,检测幅值相位输出结果与仿真结论相似。研究成果可用于指导大曲率叶片前缘的工程实践检测。     

贴附式涡流传感器损伤监测特性仿真与实验研究

为满足飞机结构裂纹扩展定量化监测和工程化应用的需求,探索MWM(Meandering Winding Magnetometer)传感器进行结构健康监控的可行性,设计了一种贴附式涡流阵列传感器并为传感器的工程化应用开展了仿真优化和实验研究。基于裂纹扩展分段监测的思路,传感器的感应线圈和激励线圈采用阵列化设计。通过将材料的电导率提取为结构的等效损伤参数,构建了传感器损伤监测正向半解析模型,并对线圈厚度和基材层厚度进行了优化。为验证传感器的监测能力,开展了程序载荷谱下的2A12-T4铝合金阳极氧化试件的疲劳裂纹扩展监测实验。仿真优化结果表明,传感器监测灵敏度随提离距离的增加而减小,传感器最优工作频率范围为0.3~0.7MHz。裂纹扩展监测实验结果表明,贴附式涡流传感器具备对金属结构进行实时损伤监测的能力,感应线圈的阵列化布置方式实现了裂纹扩展的定量监测,精度达到毫米级,同断口分析结果相比,平均监测误差为3.85%。     

光滑通道内格栅湍流特性实验

为了更好地模拟实际涡轮叶片内冷通道的流动换热，采用格栅对光滑通道内湍流度进行控制。并通过实验的方法对不同格栅尺寸激发的湍流度进行测量。实验中，在边长为80mm×80mm的方形通道中，放置了3种不同尺寸的格栅，利用热线风速仪，得到了通道雷诺数为5000~30000范围内的格栅后下游湍流特性。研究发现:流体通过该格栅后，气流在流经格栅后较短距离内就获得了4.5%的湍流度，同时湍流度沿程呈现衰减趋势，雷诺数对湍流度的影响较小。湍流积分时间尺度与雷诺数呈负相关的关系。      

工业内窥镜的进步——从简单内窥检测到3D相位测量

无损检测技术的基础就是看到肉眼所看不到的.超声波用于鉴别金属中的缺陷和腐蚀,尤其在焊缝处.放射显影技术可用于检查铸件和夹杂物的管子、分层或其他瑕疵.涡流可用于检查层状表面隐藏的开裂.工业内窥镜(RVI)被广泛用于航天工业,检查飞机部件及结构,从发动机到机身.     

复合材料紧固孔分层激光超声量化表征试验

提出解决飞机复合材料结构紧固孔分层检测问题的途径。基于激光超声技术,进行复合材料紧固孔分层的量化表征试验。制备碳纤维增强复合材料紧固孔试样,根据复合材料中激光超声的激发参量选取原则,利用材料受脉冲激光辐照作用产生的热弹效应激发超声波,提取表征紧固孔区域分层缺陷的超声信号;分析影响缺陷表征准确度的关键因素,发现脉冲激光光斑尺寸（直径1~5 mm）变化对紧固孔分层的表征不产生显著影响;基于穿透法和脉冲反射法进行激光超声C扫描检测,得到紧固孔区域分层缺陷的形状、尺寸和位置特征。研究结果表明,利用激光超声技术的非接触式激发、接收和高分辨力特点,可以准确测得紧固孔区域分层缺陷导致的波反射和衰减,有效表征飞机复合材料结构的紧固孔分层缺陷。     

旋转通道入口湍流度控制方法及验证

针对旋转通道实验,为了获得理想的旋转通道入口湍流度,更好地模拟实际涡轮叶片内冷通道的流动换热,提出了一种入口湍流度控制方法,并通过实验对该方法进行了验证和初步探索.实验中,在边长为40mm×40mm的方形通道中,放置了一层网丝直径d=3mm,网丝间距M_u=12mm的阻尼网,利用热线风速仪,得到了雷诺数为2200~3900范围内的阻尼网后下游湍流特性.研究发现:流体通过该阻尼网后,湍流度显著增大并沿流向逐渐衰减,相同点湍流度随阻尼网雷诺数增大而增大,气流在阻尼网后较短距离内就获得了5%的湍流度,这与实际涡轮叶片内冷通道流动湍流度相当;阻尼网雷诺数越小,流动越早进入横向均匀及各向同性湍流;通过经典公式对阻尼网后通道中心湍流度沿流向分布进行拟合,实验数据与曲线拟合较好.      

CFRP夹层结构超声特征成像检测

采用便携式超声特征成像检测系统全波列采集检测信号,通过对缺陷特征信号的提取和重构,实现自动识别,可适用于曲面等不规则面的检测,定量精度达到0.1 mm。实验结果表明低频窄带超声换能器能够减小铜网对声波的衰减和畸变,超声特征成像层析成像方法可以对表面铜网结构CFRP泡沫夹层中分层、冲击和脱粘缺陷进行识别并精确定位和定量。检测方法快捷准确、重复性好、可靠性高。     

环形阵列超声换能器的全聚焦成像方法及其应用

在检测高衰减的大厚度构件时，相控阵超声声束在非聚焦区域的声能量损失严重，采用线阵或矩阵超声换能器的检测精度和最大检测深度常难以满足要求。首先，建立了合成声束三维声场分布模型，分析了不同阵列超声换能器的空间声场能量分布特点，发现环阵超声换能器在相同聚焦深度处的声场特性更好，同时具有阵元数量少、声束焦斑沿轴线中心完全对称等特点。然后，建立了一种采用环阵超声换能器的全聚焦方法（TFM，Total Focusing Method），并基于试样群速度测量结果对各向异性材料中的聚焦算法进行了优化。在这种方法中将所采集到的全矩阵数据沿换能器中心轴线进行重建，可实现沿深度方向的逐点无穷聚焦。最后，利用所研制的阵列超声C扫描自动检测系统对预埋有缺陷的3D打印钛合金试样进行了对比检测实验，结果表明采用全聚焦成像算法的环阵超声换能器能实现55 mm试样内部直径0.8 mm、深度5.0 mm平底孔和横孔缺陷的精确检测，相对于常规的动态聚焦算法有更高的检测信噪比和定量精度。     

基于Lamb波的损伤铝板信号获取仿真研究

为了分析Lamb波在健康铝板和通孔铝板上的传播规律,提出基于Lamb波的损伤信号获取仿真方法。首先绘制3 mm铝板的群速度和相速度频散曲线,然后调制激励信号,在有限元软件Abaqus中建模仿真,获得Lamb波在铝板上的信号,最后再将各信号带入损伤因子公式中计算SDC值。研究结果表明：距离激励点的位置越远,Lamb波衰减的越厉害;相同位置,接收到完整板的信号幅值大于损伤板;传感器距离损伤位置越近,损伤因子越大。研究结果为无损检测成像技术提供理论支持。     

射频自体辉光放电辅助电子束沉积的放电特性与离子分布研究

为了克服电子束蒸镀技术的不足,提高蒸镀薄膜与基体的膜基结合力,通过增加射频线圈的方法,在电子束蒸镀沉积过程中实现了射频自体辉光放电。研究了放电参数对射频辉光放电反射功率的影响规律,结果表明采用3匝直径82mm的射频线圈条件下,最佳放电距离为100cm。电子束流在160mA以上时,起辉较容易,但是电子束流大于200mA后,蒸镀的膜层容易脱落。通过静电探针分析发现,放电产生的等离子体中离子密度高于1.0×1010atom/cm3,射频功率的增大提高了真空室中各个位置处的离子密度,尤其是线圈中心位置,导致了真空室中离子密度径向位置的不均匀性。当射频功率为170W时,各位置的离子密度急剧增加。     

一种面向叉耳式翼身对接的视觉测量方法

针对某型叉耳式翼身对接飞机在外场拆卸重装等特殊环境下,激光跟踪仪因现场环境等原因难以放置到满足测量精度要求的位置上进行直接测量的问题,提出一种基于视觉的直接测量方法。并搭建出该测量系统的模型,分析建立视觉测量系统所涉及到的关键技术,同时给出一种基于弧段组合的椭圆检测方法。最终通过模拟叉耳孔对接测量试验验证该方法的可行性。试验结果表明叉耳孔轴线间隙距离测量精度可达0.03mm,轴线角度测量精度达到0.025°,满足实际对接测量要求。     

工艺动态

喷射成形大型航宇合金零件 　　喷射成形技术正在很快成为制造飞机发动机镍铝超级合金零件的一种最具成本-效益的可靠方法。这种技术采用很细的金属合金雾滴制造零件，在许多情况下用这种方法制造的零件比传统方法制造的零件更坚固，更有韧性。 　　在加工时采用氩气或氮气使金属呈雾状，形成液滴(10～500?μm)，然后通过锥形喷流沉积在预成形件的表面。添加陶瓷颗粒(5～15?μm碳化硅)转换合金涂层以形成金属基复合材料。该工艺特别适于制造发动机环和外壳等零件，在某些情况下比传统制造方法降低生产成本30%。 　　随着飞机发动机体积增大，通过传统方法制造令人满意的、有严格安全标准的部件显得日益困难。喷射成形技术制造的零件与传统方法制造的零件的强度和疲劳特性相同，因此，可以充分利用以前不适用于航宇零件的合金。由于这种工艺可以制造出大型零件，因此可用于制造更大的发动机和飞机。 　　采用高速加工单元 减少循环时间和装配时间 　　最近波音民机集团的Wichita公司开始采用高速加工单元更快更有效地制造飞机窗户连接隔框。铝钛锻件加工的窗户连接隔框包裹在飞机座舱的周围，制造起来很复杂。每个窗户连接隔框由带有100多个孔的复合角材组成。每个孔都必须很精确，公差为千分之几英寸，用传统方法很难加工，需要多次设定。这种情况不但影响循环时间，而且多次加工产生的热量可能使零件翘曲，损坏零件的整体性和精度。Wichita公司选择了3台高速加工单元，提高了零件的质量和产量，减少了循环时间。 　　新的加工单元包括9台Makino MC1816-5X高速加工中心，不但省去了专用机械设备，而且还合并了零件的精加工和钻孔工序。比以前的设备速度快30%，能制造更多高质量零件。高科技支撑系统可缩短每次循环时间，增加主轴的利用率，减少操作者出现误差的机会。MC1816-5X高速加工中心由A2单元控制器支撑并且是标准化工装，能为新一代737以及767和777飞机制造24种不同的窗户连接隔框。 　　高速钻削是新系统的主要应用。由于在MC1816-5X上进行钻孔工序，孔的精度从几百分之一英寸变为几千分之一英寸。嵌入式钻削刀具和端面铣用10?000?r/min的速度铣孔。切屑带走因切削产生的热量，减少了在工件上切割时的热影响。 　　零件的质量也影响窗户连接隔框组件的加工循环时间和成本。用于装配时消除由于零件不精确引起飞机铝蒙皮和窗户框之间的小间隙的衬垫已经减到最少。 　　传统装配这些零件需要几百个定做的垫片，制造和安装垫片负面影响了装配时间、成本和窗户组件的质量。现在只需一块垫片，而且已经特别设计到组件中。MC1816-5X加工中心的探测仪在加工过程中跟踪检测零件精度，保证没有人为误差。 激光成形技术——用粉末制造飞机零件 　　航空航天工业中采用一种激光成形技术，用粉末状钛制造高科技钛件。这是一种新的工艺，可以降低样机零件的生产成本。美国明尼苏达州的研究人员研究了这种激光成形工艺，可把钛合金粉末沉积到基材上，形成可加工到低表面粗糙度值的“预成形”形状。这种工艺可比传统的铸造法或其他加工方法减少生产废品80%，并把生产周期从几个月减少到几周。 　　激光成形工艺是在惰性气体(通常是氩气)室中采用高功率二氧化碳激光熔化基材和正在沉积的钛粉。采用这种工艺制造零件，激光保持不变，而零件本身通过计算机数控(CNC)装置移动。CNC机床随刀具轨迹移动。设计者采用标准的计算机辅助设计软件设计的实体模型直接形成刀具轨迹。该技术对于制造样机零件和小规模生产运行是理想的，还有可能广泛应用于钛合金加工。 降低飞机噪声的新工艺 　　通过采用Sulzer Metco公司的新型等离子喷涂内径技术，可制造更安静、效率更高的飞机发动机。 　　在2～4座的小型飞机中，发动机占了飞机总重量的很大比例。因此，如果采用较轻的材料制造发动机，飞机会更轻，污染会更小。这种既轻又有强度的材料是铝硅合金。但是在汽缸内径和活塞环之间还有摩擦问题。传统的解决方法是在铝块和活塞环之间插入铸铁环，这样就增加了重量和成本。另外还试验了其他方法，不是成本较高，就是产生了环境问题。 　　Sulzer Metco公司提供的解决方法是用耐磨损和摩擦的等离子涂层喷涂铝孔的内径。在喷枪头的旋转速度达到200次/min的Rota-Plasma-500设备上进行。35?mm内径可获得稳定的表面，可自动重复连续生产。 　　目前瑞士Langenthal的MDB Flugtechnik公司已成功应用这项技术制造了四缸铝发动机，采用液体冷却，使用无铝燃料，降低了常用的汽缸内衬的重量，发动机更轻了。 CNC改进了航空航天工厂的多轴向加工 　　制造数据系统公司(MDSI)的Open CNC软件是一种全软件化的CNC软件包，不但能满足航空航天用复杂的五坐标机床的需要，而且能帮助减少循环时间，增加可利用时间。采用MDSI的软件，机床总体性能大大提高。在双主轴Rigid五坐标铣床和Sundstrand五坐标Omnimil机床上安装了MDSI的Open CNC软件以后，明显提高了生产率，并能把网络上的一串机床连接起来，进行遥控诊断、直接数字控制和数据收集。此外，还可按照所需要的方式进行管理。 复合材料设计软件减少了 欧洲战斗机零件的加工时间 　　复合材料设计软件正在帮助英国航宇公司的工程师们大大减少欧洲战斗机2000中的复合材料的加工时间。美国马萨诸塞州复合材料设计技术公司(CDT)的制造工程师们在计算机上确定复合材料铺层，取消了过去在复杂表面上进行复合材料铺层的试车，消灭了误差。新技术保证制造能反映设计意图。通过取消不必要的补片可减轻重量，英国航宇公司也希望通过采用这个软件节省生产时间。 (盛蔼伦　供稿) 摩擦搅拌焊接技术用于航空航天领域 　　Eclipse航空公司打算把摩擦搅拌焊接技术应用于航空产品上。首先在薄的材料上应用。这是公司为制造强大、安全和经济性飞机计划的一部分，将在价格和性能上有新的突破。 　　摩擦搅拌焊接被用于波音火箭Delta家族的主要结构生产，并被批准用于航天飞机的外部燃料箱。此外，它还用于造船和海运业。摩擦搅拌焊接技术的优点很多，它取消了几千个铆钉，从而节省了装配成本，并且使连接件强度更高、重量更轻、结构效率更高。 　　摩擦搅拌焊接使用一种特殊的工具，该工具上带有突出的销棒，把销棒插入两片要焊接的材料之间，并且沿焊接区域移动，同时高速转动。这样在工具与铝合金之间产生摩擦热，使铝合金软化，但不熔化，材料变为塑性状态与基体成为一体。 　　Eclipse航空公司致力于设计和生产一种现代、经济的喷气飞机，以此改变运输机市场。公司正在应用产生巨大变革的推进装置、制造及电子系统来生产比今天更安全、成本更低、操作更容易的小型喷气飞机。 在B-2飞机上应用的新材料 　　美国空军正在试验一种新型磁性雷达吸波材料，目的是极大地减少对B-2轰炸机隐身表面进行维护的时间和精力。如果该材料满足预期的要求，将在今后7年计划要维修的20架飞机上应用。喷涂在雷达上的新型吸波材料试验是在加利福尼亚的爱德华空军基地进行的，这项试验将使维修时间从以小时计算缩减到以分钟计算。 　　新型材料名称为交变高频材料(Alternate High_Frequency Material，AHFM)，是一种永久涂层。这种涂层被喷涂在轰炸机外围有口盖的壁板处，大约90%可移动蒙皮壁板使用这种材料，从而减小缝隙尺寸，避免反射雷达信号。使用这种材料的大部分壁板是在B-2机身的下侧及靠近前缘及后缘部分。此外，用紧固件固定的壁板也要喷涂这种材料。使用该技术主要是提高飞机的低可探性，并且可使非隐身的军用飞机具有一定的隐身性。 (任晓华　供稿) 高速高精密龙门式加工中心 　　目前正在英国Marwin Production Systems公司的Wolver hampton工厂制造的高速高精密三轴联动CNC龙门式加工中心的床身有45?m长，7?m宽，比目前世界上航空航天工业领域中所使用的其他机床要大得多。该机床已由英国宇航系统的空中客车公司订购，用于加工空中客车A340-600的铝合金机翼蒙皮板。 　　该机床是Marwin Production Systems公司的Alumax系列产品，它有两个平行的41?m×3.6?m×0.55?m的加工区，可同时进行加工。龙门移动，立式双主轴，每一主轴具有85?kW功率，最高转速20?000?r/min,工进20?m/min，±1?m/s2加减速度。为了确保X轴定位的高精度，Marwin Production Systems公司采用了激光位移检测装置来代替常用的磁尺或光棚位移检测装置。该机床还装置了非接触式自动测量加工板材厚度的超声波检测系统、两个独立的ATC及刀具识别和使用寿命监测装置等，特别适用于航空航天工业铝合金板材和左右对称件的高效高质加工。Alumax系列的一台单龙门、五轴联动、30?m长床身的CNC高速高精密加工中心已在韩国航空工厂的新车间中运行，A、B轴的使用范围为±30°，该机床主要用于加工欧洲和美国的飞机零件，使用效果令人满意。 　　Marwin Production Systems公司已生产的Alumax系列产品中最大的机床是床身长87?m、三龙门、五轴联动的高速高精密CNC龙门式加工中心。该机床可容纳6个21?m长的机翼板材同时加工，是目前世界上最大的龙门式加工中心。 (是有钧) (栏目责编　宇　迪)