聲發(fā)射在某型飛機水平尾翼半軸狀態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用

圖9 hits隨時間的變化圖 圖10 參數(shù)濾波后hits隨時間變化的趨勢圖
取381～900飛行小時這段時間的信號進行分析，對信號進行參數(shù)濾波，只保留峰值頻率等于170kHz和上升時間為22 的信號，對信號進行趨勢分析。圖10為參數(shù)濾波后撞擊數(shù)hits隨時間變化圖，在381～623飛行小時這段時間撞擊數(shù)hits幾乎為零，也就是說裂紋信號還沒發(fā)生，在623飛行小時以后信號逐漸并跳躍性增加，而當(dāng)達到759飛行小時時hits數(shù)量達到最大為1532個，從759飛行小時之后信號趨于穩(wěn)定，這說明了在623～759飛行小時這段時間裂紋的擴展是一個從小到大的過程，而在759飛行小時以后是裂紋穩(wěn)定擴展的過程，與圖8中的變化趨勢非常接近，圖10更加精確地表示出裂紋信號的發(fā)展過程，623飛行小時為半軸裂紋萌生點，而759飛行小時為裂紋穩(wěn)定擴展的分界點。 對于這樣的一個結(jié)果可從其它方面進一步分析論證。
3.2 參數(shù)濾波后信號周期性和幅度分布分析
圖11為半軸斷口的圖片，從圖中發(fā)現(xiàn)了兩個裂紋的萌生點上下對稱，圖12、圖13分別對應(yīng)上下萌生點的局部放大圖，從圖中發(fā)現(xiàn)裂紋是從上下兩個焊點處開始萌生，從里向外的方向擴展的。為什么沒有從一個點開裂呢？這主要是半軸除了焊點處為薄弱環(huán)節(jié)外，還有加載的原因引起的，最大載荷存在 和 兩個極限位置處，而這兩個作用點正好為半軸的上下兩個對稱的焊點處，這樣存在兩個裂紋萌生點也就不難解釋了。裂紋信號在半軸上下處交替出現(xiàn)的，半軸運動一個周期，上下兩處裂紋各擴展一次。根據(jù)上邊的分析，具有峰值頻率（peak frequency）為170kHz和上升時間（rise time）為22 參數(shù)特性的信號為裂紋信號，這些信號應(yīng)該具有這樣特征：
（1）信號周期形變化，一個加載周期內(nèi)上下裂紋各開裂一次。
（2）信號的數(shù)量應(yīng)各從小到大，且發(fā)生在載荷最大處。
（3）信號的幅度上分布應(yīng)該向高幅度方向移動，當(dāng)達到一定時間趨于穩(wěn)定。
（4）從信號的頻譜上看應(yīng)該是一個寬頻范圍的信號，頻譜應(yīng)該非常接近，主峰頻率應(yīng)該一樣，從波形上看應(yīng)該和高韌性金屬材料非常相似。
圖14為峰值頻率（peak frequency）為170kHz和上升時間（rise time）為22 的信號hits隨時間變化圖，處理的時間段為623～656飛行小時，圖14、圖15中（A）、（B）、（C）、（D）、（E）分別對應(yīng)的時間點為623飛行小時、629飛行小時、643飛行小時、649飛行小時、656飛行小時，圖14中（A）在某幾個點出現(xiàn)的撞擊hits，但這些信號都是在水平尾翼運行到 這個極限位置時產(chǎn)生的，此時正是加載最大處。而圖14（B）在 最大加載點都出現(xiàn)了信號，由于采集十個周期信號，所以在十個時間點出現(xiàn)了信號，而這十個時間點對應(yīng)水平尾翼運行到 的十個最大加載點（圖中標(biāo)記1處），這可以用kaiser效應(yīng)得到很好的證實，這說明了在半軸的正上方焊點處開始出現(xiàn)疲勞損傷，隨著試驗的進行，從圖14（C）發(fā)現(xiàn)在水平尾翼運行到 時最大加載點處有幾個點也出現(xiàn)了信號（圖中標(biāo)2處），圖14（D）中 時最大加載點處都出現(xiàn)了信號，這說明在半軸的正下方焊點處開始出現(xiàn)疲勞損傷，隨著試驗的進行，信號的數(shù)量開始逐步增大。這很好的說明了裂紋的生長過程。從圖中我們可以得到半軸正上方（1斷口對應(yīng)處）的裂紋萌生時間應(yīng)該在靠近623飛行小時處，半軸正下方（2斷口對應(yīng)處）的裂紋萌生時間應(yīng)該靠近在643飛行小時處。圖15對應(yīng)圖14中各個時間點的撞擊hits對應(yīng)幅度的分布圖，從圖15發(fā)現(xiàn)在隨著試驗的進行除了信號的信號數(shù)量變化外幅度分布向高幅度方向移動，這也很好的說明了裂紋發(fā)展過程，信號的幅度由小變大。

圖11 半軸的斷口圖片 圖13 對應(yīng)圖11中2處斷口放大圖

圖14 撞擊hits隨時間變化圖 圖15 撞擊數(shù)hits對幅度的分布圖
隨著試驗的進行，對數(shù)據(jù)做同樣處理，圖16為峰值頻率（peak frequency）為170kHz和上升時間（rise time）為22 的信號撞擊數(shù)hits隨時間變化圖，處理的時間段為662～715飛行小時，圖16、圖17中（A）、（B）、（C）、（D）、（E）分別對應(yīng)的時間點為662飛行小時、669飛行小時、676飛行小時、682飛行小時、715飛行小時，從圖16發(fā)現(xiàn)隨著試驗的進行，在兩個最大加載點處信號是逐步增加，對應(yīng)的幅度分布如圖17所示，幅度分布隨著試驗的進行繼續(xù)向高幅度方向移動，這段時間說明上下裂紋是在加速擴展的階段。
對748～887飛行小時段進行同樣的處理，圖18為hits隨時間變化圖，圖19為幅度分布圖。圖18、圖19中（A）、（B）、（C）、（D）、（E）分別對應(yīng)的時間點為748飛行小時、779飛行小時、813飛行小時、853飛行小時、887飛行小時，從圖18發(fā)現(xiàn)隨著試驗的進行，在兩個最大加載點處信號是趨于穩(wěn)定的，對應(yīng)的幅度分布如圖19所示，幅度分布隨著試驗的進行不再向高幅度方向移動，主要在62dB為中心的范圍內(nèi)分布，說明隨著試驗的進行，裂紋開始均勻擴展。

圖16 撞擊hits隨時間變化圖 圖17 撞擊數(shù)hits對幅度的分布圖

圖18 撞擊hits隨時間變化圖 圖19撞擊數(shù)hits對幅度的分布圖
4 頻率分析

圖20 裂紋信號的波形圖 圖21 裂紋信號的頻譜圖
我們提取出參數(shù)特性為上升時間（rise time）為22 和峰值頻率（peak frequency）為170kHz裂紋信號，我們?nèi)〔煌瑫r間點的10個波形信號對其進行頻譜分析，看信號是否具有一致性質(zhì)。圖20為其中一個裂紋信號的波形圖，從波形上看這些裂紋信號是非常相似，為了更能說明問題從頻譜上來分析。監(jiān)控中采樣頻率為5MHz，圖21對應(yīng)其頻譜圖，頻譜圖上出現(xiàn)了四個峰值，其中（1）、（2）、（3）、（4）對應(yīng)的頻率分別為175.8kHz、449.2kHz、556.6kHz、644.5kHz。說明裂紋信號是一個寬頻信號，從一致性上看這十個信號在這些頻率點處都出現(xiàn)峰值，能量主要集中175.8kHz附近，頻譜圖非常接近，都出現(xiàn)了相同的主峰頻率，所以認為這些信號是同一材料（裂紋擴展）發(fā)出來的。
5 結(jié)論
（1）通過對水平尾翼的運行過程和加載點分析，根據(jù)Kaiser效應(yīng)，認為裂紋信號僅出現(xiàn)在加載時間段。
（2）上升時間（rise time）為22 和峰值頻率（peak frequency）為170kHz信號含有大量裂紋信號信息。其撞擊數(shù)hits對時間的趨勢分布、出現(xiàn)的時間點、周期性、幅度分布和信號的頻譜分析，均可說明具有此類特征的信號為裂紋信號。據(jù)此能找出裂紋的萌生時間和生長過程，證明同一種材料產(chǎn)生的裂紋信號經(jīng)過單一路徑傳遞，信號參數(shù)具有統(tǒng)計特性。
（3）在半軸的裂紋信號監(jiān)控中，根據(jù)裂紋信號參數(shù)具有的統(tǒng)計特性，可以很容易地找出裂紋信號。根據(jù)圖8、圖10所示，這些信號占總體數(shù)量將近50%，當(dāng)然還有一些裂紋信號漏掉，但數(shù)量相對很少，對分析結(jié)果沒有影響。
（4）由于窄帶傳感器的諧振頻率主要在150kHz處，信號的一些信息無法反映出來，所以寬帶傳感器