航空裝備無損檢測技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢v

圖2 因AE預報而提前發(fā)現(xiàn)的某關鍵結構處微小裂紋

　　耿榮生等在2004~2011年長達8年的時間內，跟蹤監(jiān)測了2類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)射技術為中心的綜合裂紋監(jiān)控技術，保證了試驗的順利進行，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裂紋情況下背景聲發(fā)射信號的統(tǒng)計平均特性后，采用了基于統(tǒng)計分析原理的趨勢分析技術，基于時間、基于空間、基于幅度和基于能量的濾波技術，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(jiān)測到的聲發(fā)射信號拆分成不同的時間序列，再利用統(tǒng)計平均參數的相關性等特征量的趨勢變化實施監(jiān)測，取得了明顯效果。以2004~2008年對某型號飛機的監(jiān)測為例，在整個試驗過程中，在幾乎未出現(xiàn)誤報的情況下，成功預報和發(fā)現(xiàn)了38條關鍵裂紋，發(fā)現(xiàn)了100多條一般裂紋，這在全尺寸飛機疲勞試驗裂紋監(jiān)測史上是一個奇跡。由于實施了全程監(jiān)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、軍事和社會意義，并創(chuàng)造了以百億為單位的經濟效益。圖1和圖2是利用聲發(fā)射（AE）技術預報關鍵結構裂紋的2個實例（如未預報，疲勞試驗極有可能失敗）。

航空裝備無損檢測技術發(fā)展方向及需要重視的領域

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

　　1. 大力發(fā)展結構健康監(jiān)測（SHM）技術

　　所謂結構健康監(jiān)測就是要對結構（健康）狀態(tài)實施一系列監(jiān)測措施并進行（健康）狀態(tài)評價，在結構發(fā)生早期損傷或者疲勞裂紋萌生的時候，能對結構采取修復性措施，從而避免結構出現(xiàn)或者產生不可修復的破壞。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(jiān)測是未來有效提高裝備可靠性和延長其使用壽命的最佳途徑。除前面提到的聲發(fā)射監(jiān)測在某種程度是一種結構健康監(jiān)測技術外，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、智能材料技術、光纖傳感器和應變量監(jiān)測技術等。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(jiān)測方法。健康監(jiān)測的本質是需要對健康狀態(tài)作出綜合評價，在這一層面上，目前還沒有一種技術是真正意義下的健康監(jiān)測，大部分都屬于損傷檢測（能做到發(fā)現(xiàn)早期損傷或早期裂紋）的范疇，只不過一些“預埋”或預設的傳感器能實施連續(xù)檢測而已。不管采用什么技術（注意，沒有一種技術是萬能的），對結構本身的了解和工程應用經驗都是至關重要的。

　　2. 提倡綠色NDT——無損檢測技術的發(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(jié)能、減排技術生產環(huán)境友好型機械制造設備，這無疑是機械制造業(yè)的發(fā)展方向［6］。未來的無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(tǒng)的、可能會對環(huán)境產生污染的檢測方法將會逐步被淘汰，或者被新的方法、新的檢測媒介所代替。例如磁粉探傷，隨著漏磁檢測技術的進步和檢測靈敏度的提高，以及后者可能更容易實現(xiàn)智能檢測和可視檢測，在很多場合， 磁粉探傷都有可能會被漏磁檢測所替代。另一種已經發(fā)生并且加速進行的現(xiàn)象是數字射線檢測技術終將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膠片檢測方法。近年來，隨著新型數字圖像板和新型利用圖像熒光存儲的CR技術的飛速發(fā)展，數字射線的成像效果已完全可與傳統(tǒng)膠片相媲美，因此，鑒于其環(huán)境友好的特征且能存貯、反復使用和實現(xiàn)遠距離傳輸，代替?zhèn)鹘y(tǒng)膠片射線檢測技術已指日可待。另一方面，隨著超聲檢測技術的進步，例如TOFD技術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。航空裝備的無損檢測需要重視這些新技術的推廣應用，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損檢測設備

　　目前制造業(yè)的一個熱門話題是信息制造、智能制造，即制造的機械設備系統(tǒng)能夠進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。利用目前已經開發(fā)出來的晶片傳感器技術，并與微電子學和高性能計算機相結合，生產集成化的（綜合）、具有信息系統(tǒng)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的一個直接結果是讓探傷（無損檢測）“變得更加單”。事實上，早在20世紀90年代，空軍就在這方面進行了十分有益的探索。外場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，大大簡化了外場人員的操作步驟，并提高了外場探傷的可靠性。固化了主要機種外場探傷工藝的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有自動識別功能，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識別技術飛速發(fā)展，有些已十分成熟，可以與該領域研究人員合作，研究智能化程度很高的無損檢測設備。

　　4. 集成和數據融合技術

　　每一種無損檢測方法都有其適用范圍，因此也很難實現(xiàn)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，實現(xiàn)檢測的完整性，可采用包含多種檢測方法的無損檢測集成技術，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， 進而對檢測對象進行評價，也就是需要對數據（結果）進行融合。因此，對集成檢測儀器的一個最基本要求是能提供有效的數據融合平臺，而不是簡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損檢測技術。這一設想有可能顛覆傳統(tǒng)的一些無損檢測設計理念，盡管目前尚處在探索中，但隨著所謂“云技術”峰起云涌式的發(fā)展，它會給無損檢測的發(fā)展帶來何種影響，還真的需要特別關注。