航空裝備無(wú)損檢測技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢v

圖2 因AE預報而提前發(fā)現的某關(guān)鍵結構處微小裂紋

　　耿榮生等在2004~2011年長(cháng)達8年的時(shí)間內，跟蹤監測了2類(lèi)三代機在全機疲勞試驗中的損傷發(fā)展情況，首次建立了以聲發(fā)射技術(shù)為中心的綜合裂紋監控技術(shù)，保證了試驗的順利進(jìn)行，2種機型的壽命均得到50% 以上的提高。其課題組發(fā)展了一套較為完整的聲發(fā)射信號處理和預報方法，在充分研究并獲得了無(wú)裂紋情況下背景聲發(fā)射信號的統計平均特性后，采用了基于統計分析原理的趨勢分析技術(shù)，基于時(shí)間、基于空間、基于幅度和基于能量的濾波技術(shù)，基于聲發(fā)射信號幅度分布特征研究的信號處理方式，以及采用多參數綜合識別技術(shù)獲得疲勞裂紋萌生和擴展的聲發(fā)射特征等。他們發(fā)展了一套獨有的將監測到的聲發(fā)射信號拆分成不同的時(shí)間序列，再利用統計平均參數的相關(guān)性等特征量的趨勢變化實(shí)施監測，取得了明顯效果。以2004~2008年對某型號飛機的監測為例，在整個(gè)試驗過(guò)程中，在幾乎未出現誤報的情況下，成功預報和發(fā)現了38條關(guān)鍵裂紋，發(fā)現了100多條一般裂紋，這在全尺寸飛機疲勞試驗裂紋監測史上是一個(gè)奇跡。由于實(shí)施了全程監測、檢測（以及針對性的耐久修理），使得該機群的飛行壽命增加量達到50%。上述方法在2009年之后也應用到另一機種飛機的全尺寸疲勞試驗中并取得成功。此項研究具有巨大的政治、軍事和社會(huì )意義，并創(chuàng )造了以百億為單位的經(jīng)濟效益。圖1和圖2是利用聲發(fā)射（AE）技術(shù)預報關(guān)鍵結構裂紋的2個(gè)實(shí)例（如未預報，疲勞試驗極有可能失?。?。

航空裝備無(wú)損檢測技術(shù)發(fā)展方向及需要重視的領(lǐng)域

　　筆者曾多次就我國無(wú)損檢測技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行過(guò)探討，提出要在更高的平臺上重建中國無(wú)損檢測市場(chǎng)，在大力發(fā)展智能化、自動(dòng)化和圖像化的檢測裝置的同時(shí)，需要積極發(fā)展一些新的應用領(lǐng)域。本文就與航空裝備密切相關(guān)的一些問(wèn)題進(jìn)行探索。

　　1. 大力發(fā)展結構健康監測（SHM）技術(shù)

　　所謂結構健康監測就是要對結構（健康）狀態(tài)實(shí)施一系列監測措施并進(jìn)行（健康）狀態(tài)評價(jià)，在結構發(fā)生早期損傷或者疲勞裂紋萌生的時(shí)候，能對結構采取修復性措施，從而避免結構出現或者產(chǎn)生不可修復的破壞。如同最好的“治病”方法是加強預防和早期診斷以“防患于未然”一樣，對于航空裝備而言，健康監測是未來(lái)有效提高裝備可靠性和延長(cháng)其使用壽命的最佳途徑。除前面提到的聲發(fā)射監測在某種程度是一種結構健康監測技術(shù)外，目前已發(fā)展了不少“行之有效”的方法，例如，采用智能傳感器技術(shù)、智能材料技術(shù)、光纖傳感器和應變量監測技術(shù)等。由于單一方法總有其局限性，因此多種方法的聯(lián)合使用可能是最有效的健康監測方法。健康監測的本質(zhì)是需要對健康狀態(tài)作出綜合評價(jià)，在這一層面上，目前還沒(méi)有一種技術(shù)是真正意義下的健康監測，大部分都屬于損傷檢測（能做到發(fā)現早期損傷或早期裂紋）的范疇，只不過(guò)一些“預埋”或預設的傳感器能實(shí)施連續檢測而已。不管采用什么技術(shù)（注意，沒(méi)有一種技術(shù)是萬(wàn)能的），對結構本身的了解和工程應用經(jīng)驗都是至關(guān)重要的。

　　2. 提倡綠色NDT——無(wú)損檢測技術(shù)的發(fā)展必須與我國工業(yè)發(fā)展的總體思路相適應

　　綠色制造，即采用節能、減排技術(shù)生產(chǎn)環(huán)境友好型機械制造設備，這無(wú)疑是機械制造業(yè)的發(fā)展方向［6］。未來(lái)的無(wú)損檢測設備也應該是綠色的，即環(huán)境友好型設備。因此，一些傳統的、可能會(huì )對環(huán)境產(chǎn)生污染的檢測方法將會(huì )逐步被淘汰，或者被新的方法、新的檢測媒介所代替。例如磁粉探傷，隨著(zhù)漏磁檢測技術(shù)的進(jìn)步和檢測靈敏度的提高，以及后者可能更容易實(shí)現智能檢測和可視檢測，在很多場(chǎng)合， 磁粉探傷都有可能會(huì )被漏磁檢測所替代。另一種已經(jīng)發(fā)生并且加速進(jìn)行的現象是數字射線(xiàn)檢測技術(shù)終將代替傳統的膠片檢測方法。近年來(lái)，隨著(zhù)新型數字圖像板和新型利用圖像熒光存儲的CR技術(shù)的飛速發(fā)展，數字射線(xiàn)的成像效果已完全可與傳統膠片相媲美，因此，鑒于其環(huán)境友好的特征且能存貯、反復使用和實(shí)現遠距離傳輸，代替傳統膠片射線(xiàn)檢測技術(shù)已指日可待。另一方面，隨著(zhù)超聲檢測技術(shù)的進(jìn)步，例如TOFD技術(shù)在焊縫檢測中作用的加強和標準的建立，（在焊縫方面）用超聲TOFD代替或部分代替射線(xiàn)檢測也已成為可能，這也符合綠色檢測的理念。航空裝備的無(wú)損檢測需要重視這些新技術(shù)的推廣應用，這方面的工作任重而道遠。

　　3. 智能NDT和信息化NDT——信息化和智能化的無(wú)損檢測設備

　　目前制造業(yè)的一個(gè)熱門(mén)話(huà)題是信息制造、智能制造，即制造的機械設備系統能夠進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。利用目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的晶片傳感器技術(shù)，并與微電子學(xué)和高性能計算機相結合，生產(chǎn)集成化的（綜合）、具有信息系統功能和智能檢測的設備應當已具備條件。智能NDT 和信息化NDT的一個(gè)直接結果是讓探傷（無(wú)損檢測）“變得更加單”。事實(shí)上，早在20世紀90年代，空軍就在這方面進(jìn)行了十分有益的探索。外場(chǎng)的一些主要探傷工藝存貯在數字化超聲波和渦流探傷設備中，大大簡(jiǎn)化了外場(chǎng)人員的操作步驟，并提高了外場(chǎng)探傷的可靠性。固化了主要機種外場(chǎng)探傷工藝的KK-30智能型超聲波探傷儀和SMART-97智能型渦流探傷儀已具備了智能化儀器的雛型，當然，由于缺少可視化的檢測結果且沒(méi)有自動(dòng)識別功能，這些儀器的智能化水平仍然較低。

　　目前，圖像處理和圖像自動(dòng)識別技術(shù)飛速發(fā)展，有些已十分成熟，可以與該領(lǐng)域研究人員合作，研究智能化程度很高的無(wú)損檢測設備。

　　4. 集成和數據融合技術(shù)

　　每一種無(wú)損檢測方法都有其適用范圍，因此也很難實(shí)現對被檢對象的完整評估。為了提高檢測的可靠性及效率，降低檢測成本，實(shí)現檢測的完整性，可采用包含多種檢測方法的無(wú)損檢測集成技術(shù)，但不同檢測方法獲得的結果不應當是孤立的，而應當有機聯(lián)系并綜合加權， 進(jìn)而對檢測對象進(jìn)行評價(jià)，也就是需要對數據（結果）進(jìn)行融合。因此，對集成檢測儀器的一個(gè)最基本要求是能提供有效的數據融合平臺，而不是簡(jiǎn)單地將幾種不同檢測功能拼湊在一起。在2011年的全球華人無(wú)損檢測高峰論壇上，林俊明提出了云檢測的概念，試圖將云計算植入無(wú)損檢測技術(shù)。這一設想有可能顛覆傳統的一些無(wú)損檢測設計理念，盡管目前尚處在探索中，但隨著(zhù)所謂“云技術(shù)”峰起云涌式的發(fā)展，它會(huì )給無(wú)損檢測的發(fā)展帶來(lái)何種影響，還真的需要特別關(guān)注。