李毅洋

（廈門航空有限公司，福建 廈門 361000）

0 引 言

應(yīng)急定位發(fā)射系統(tǒng)ELT（Emergency Locator Transmitter）是保障飛機安全的重要系統(tǒng)。馬來西亞航空MH370次航班的失聯(lián)，引起了全球民航界的恐慌。失事后它的搜索與救援工作的緩慢和毫無頭緒，使得外界質(zhì)疑飛機的應(yīng)急定位發(fā)射系統(tǒng)是否保持在有效工作狀態(tài)。

ELT天線加強框區(qū)域的檢查一般采用高頻渦流檢測，從客艙內(nèi)部接近改裝區(qū)域，對其進行高頻渦流檢測。由于改裝區(qū)域在靠后部的機背頂上，從客艙接近，必須拆除客艙頂板及相應(yīng)設(shè)備，工序復(fù)雜、繁瑣。如果能用低頻渦流技術(shù)從外部對ELT天線改裝區(qū)域進行檢查，將省去拆除客艙頂板設(shè)備工序，大大簡化工作流程，提高工作效率。因此，以下將著重介紹低頻渦流檢測方法。

1 ELT天線加強框區(qū)域結(jié)構(gòu)分析

ELT天線一般位于機身靠后部的機背頂上，在飛行過程中天線容易受到各種復(fù)雜環(huán)境的干擾和影響，導(dǎo)致ELT天線固定區(qū)域容易產(chǎn)生疲勞裂紋。因此，維修部門通過飛機的起落循環(huán)數(shù)制定檢測間隔，定期檢測確定ELT天線安裝區(qū)域的可靠性，從而有效檢測天線安裝區(qū)域產(chǎn)生的裂紋，避免安全隱患。

2 低頻渦流方法替代的理論基礎(chǔ)

渦流透入材料的深度稱為滲透深度[1]，定義渦流密度衰減到其表面值的1/e（大約37%）時的滲透深度稱為標準滲透深度，也稱集膚深度。在一個標準滲透深度處，渦流密度是表面渦流密度的1/e（大約37%），即：

式中：Js為標準滲透深度處渦流密度，J0而表面渦流密度，則標準滲透深度為：

3 損傷容限與檢查周期

損傷容限是飛機結(jié)構(gòu)的一種限定標準[2]。如果某結(jié)構(gòu)項目在使用壽命期內(nèi)發(fā)生了嚴重損失，如裂紋等，在損失探測出之前，結(jié)構(gòu)還能承受合理的載荷而不會出現(xiàn)破壞或過度變形，則該項目被認為是滿足損傷容限的。

損傷容限結(jié)構(gòu)是允許結(jié)構(gòu)的任何部位存在一定限度的損傷，并依賴檢查保證安全使用的結(jié)構(gòu)，原理如圖1所示。它將結(jié)構(gòu)承受能力的下降與損傷探測能力、檢查周期聯(lián)系在一起。在保證飛行安全檢查要求的情況下，允許結(jié)構(gòu)承載能力有所下降。但是，必須在結(jié)構(gòu)強度下降至剩余強度、裂紋擴展到臨界裂紋長度時，保證通過有效的檢測手段發(fā)現(xiàn)損傷。通過檢查、修復(fù)，保持損傷不超過允許極限。

檢查大綱中規(guī)定了檢查方法、檢查門檻值和重復(fù)檢查周期，應(yīng)有合理的檢查方法和頻次，以保證發(fā)現(xiàn)損傷和監(jiān)控損傷的發(fā)展。對于不同的檢查方法，不同的檢查靈敏度，也應(yīng)對應(yīng)不同的檢查重復(fù)周期。檢測靈敏度越高，重復(fù)檢查的周期越長，門檻值越低；檢測靈敏度越低，重復(fù)檢查的周期越短，門檻值越高。它們的關(guān)系如圖2所示。

高頻渦流檢測的靈敏度是高于低頻渦流檢測的。為了保證檢測的可靠性，可以縮短檢查周期提高檢查門檻值，保證裂紋擴展到臨界長度前、強度下降至剩余強度前發(fā)現(xiàn)損傷，以有效保證用低頻渦流替代高頻渦流的有效性。

圖1 損傷容限設(shè)計原理

圖2 檢查方法與可檢周期的關(guān)系

4 低頻渦流的頻率選擇和被檢區(qū)域的渦流密度實驗

檢查時選擇正確的頻率，是保證被檢查區(qū)域有足夠的渦流密度的前提條件。激勵頻率是低頻渦流檢測中的一個關(guān)鍵因素。由于集膚效應(yīng)，當交變磁場垂直投入到導(dǎo)體時，導(dǎo)體中感應(yīng)出的渦流密度隨著距表面深度的增加呈指數(shù)規(guī)律衰減。渦流檢測的最大深度可達滲透深度的3倍左右。在這個深度上，渦流密度僅為表面密度的5%。這時，檢測靈敏度已經(jīng)很低，超過這個深度，渦流檢測顯得無能為力。

因此，滲透深度是選擇試驗頻率的一個重要依據(jù)。工作前，為了排除漆層厚度等其他影響因數(shù)，利用超聲波測厚儀測量其第一層厚度，根據(jù)不同覆蓋層厚度合理選取合適的試塊及其對應(yīng)的頻率范圍至關(guān)重要。此時，應(yīng)參考廠家提供的NDT手冊，通過實驗參考表表1得出檢測頻率實值。

5 設(shè)備調(diào)試和檢測

廠家EMTEQ的手冊第51-EQ-03章節(jié)里有儀器設(shè)備相關(guān)的內(nèi)容。根據(jù)實際情況，選用NORTEC 500D渦流儀，滿足上述要求，并進行儀器調(diào)試，如圖3所示。探頭使用直徑為0.787 4～1.117 6 cm、頻率為500 Hz～80 kHz的反射式屏蔽探頭。

采用低頻渦流檢測技術(shù)檢查，使用高空車從機頂外部接近ELT天線改裝區(qū)域，無須拆除任何客艙設(shè)備。在檢測區(qū)域平衡儀器，沿著緊固件周圍慢慢掃查，同時觀察儀器屏幕顯示。對于凸頭緊固件，探頭沿著緊固件端頭掃查；對于平頭緊固件，借助圓形模板掃查，以保證探頭離緊固件距離相同。當發(fā)現(xiàn)有信號超過20%滿屏或看起來疑似刻痕信號，需在信號出現(xiàn)的位置做好標記。

每檢查一段就應(yīng)該根據(jù)蒙皮厚度在參考試塊上校準刻痕信號。當信號與先前校準信號超過10%改變時，應(yīng)再次檢測從上一次校準后檢測的所有緊固件，同時要頻繁對比掃查信號與參考試塊上的刻痕信號。

圖3 儀器調(diào)試信息

6 檢測結(jié)果判斷分析及經(jīng)驗介紹

（1）由于低頻渦流信號靈敏度較低，超過20%滿屏或者信號響應(yīng)類似刻痕信號的，都應(yīng)該特別關(guān)注，并從客艙內(nèi)部用高頻渦流進行驗證檢查，或執(zhí)行旋轉(zhuǎn)掃查緊固件程序。

（2）根據(jù)蒙皮厚度的變化，時刻將掃查時的信號和參考試塊上的刻痕信號進行對比。檢查過程中，應(yīng)攜帶測厚儀分段檢查區(qū)域厚度，及時調(diào)整低頻渦流的檢測頻率，保證被檢區(qū)域的渦流密度。

（3）如試塊上的干擾信號與飛機上實際檢測的干擾信號相似，則能充分說明檢測效果的有效性。使用導(dǎo)向規(guī)，盡量減少邊緣效應(yīng)的影響。如果在緊固件孔下邊緣有裂紋信號時，信號會在基線上上升而不是下降。

（4）飛機蒙皮會受外部溫度、濕度以及漆層厚度的影響，特別是高溫的夏日。蒙皮內(nèi)側(cè)局部腐蝕也可能造成厚度減少，檢查時不能簡單使用參考試塊調(diào)試儀器、確定頻率，應(yīng)結(jié)合實際情況，制作相應(yīng)結(jié)構(gòu)的摸擬試塊。

表1 幾種常用試塊的頻率厚度對比表

（5）制定檢查周期時，應(yīng)有合理的檢查方法和頻次，以保證發(fā)現(xiàn)損傷和監(jiān)控損傷的發(fā)展。對于不同的檢查方法、不同的檢查靈敏度，檢查重復(fù)周期也應(yīng)該不同。

7 結(jié) 論

相對之前從客艙用高頻渦流檢測ELT天線加強框區(qū)域，從機頂用低頻渦流檢測加強框區(qū)域不僅提高了效率，而且有效避免了拆裝客艙內(nèi)部設(shè)備及除膠時觸碰ELT天線開關(guān)帶來的風(fēng)險隱患。雖然低頻渦流在實際檢測過程容易受各種干擾因素的影響，但是只要根據(jù)實際厚度變化選擇合適的檢測頻率，保證被檢區(qū)域有足夠的渦流密度，將有效檢測出裂紋信號。經(jīng)過兩年多的實際執(zhí)行，廠家發(fā)布的此項技術(shù)改進方案取得了良好的效果。