飛機機體損傷檢測與評估技術分析

俞蕓蕓

（南京航空航天大學金城學院，江蘇 南京211156）

1 概述

飛機在飛行服役過程中，會因為各種原因產生一定的機體損失，損傷的檢測與評估關系著飛機的正常使用，是讓飛機維持適航性和航班正常運作的關鍵所在。現在我國執行的適航條例明確規定了對每一架飛機必須按損傷容限準則進行檢查評估，保證飛機在壽時，其損傷達到臨界尺寸之前能夠被檢查發現并完成修理，以保持航空器結構滿足剩余強度的要求，保證航空器的適航性。本文是以機體損傷的檢測與評估為主要內容，對飛機經歷損傷后，維修人員所需要做的檢測方式和評估流程進行了描述，讓維修人員可以更快地選擇實施修理方案，對癥下藥，節省維修時間。

2 飛機機體損傷類型

飛機機體損傷可以從三個角度進行分類，一種是按照損傷嚴重程度進行分類，一種是根據損傷產生的原因進行分類，第三種是按損傷初始型式分類，不同損傷產生的表象有所不同，對應的處理方式也有所不同。

2.1 按損傷的嚴重程度分類

飛機機體的損傷按照損傷的嚴重程度可以分為三類：可允許損傷、可修理損傷及不可修理損傷。

2.1.1 可允許損傷：機體結構完成檢查后發現損傷較輕，低于修理手冊所規定的損傷容限值，可以不必更換構件或者不需要修理，這種損傷被稱作為可允許損傷。例如一些細小的鑿刻痕跡等，能夠用類似順滑的方式去除。

2.1.2 可修理損傷：機體結構完成檢查后發現損傷較嚴重，但可以通過一些方法修理好損傷，這種損傷被稱作為可修理損傷。例如蒙皮結構強度減弱時可以通過補片的方法加強蒙皮的原始強度。

2.1.3 不可修理的損傷：機體結構完成檢查后發現損傷嚴重，不可修理或者進行修理后從經濟角度上判斷不合理，這種損傷被稱作為不可修理損傷[1]。這種損傷需要通過更換損傷構件從而恢復到正常的使用。

2.2 按損傷的原因分類

2.2.1 非正常使用造成的損傷，飛機在飛行過程中出于各種因素的影響，會出現一定的結構損傷，例如：a.飛行進入急盤旋時對操縱面造成損傷；b. 飛行時襟翼放下速度高于放下襟翼的限速，因此襟翼以及其操縱機構產生過載而損傷；c.飛機重著陸或超重著陸時，由于較大的垂直慣性對起落架及其鄰近結構造成損傷。

2.2.2 正常使用中的損傷，飛機的使用過程就是消耗飛機壽命的過程，它和人一樣多多少少會有些小毛病，例如：a.交變載荷引起的疲勞損傷，主要是疲勞裂紋；b.環境因素引起的服飾損傷；c.飛機構件間相互摩擦引起的摩擦損傷；d.飛機結構件在飛行引起的振動下產生的松動損傷。

2.2.3 非正常維護行為所造成的損傷：飛機在停機維護時由于人為原因或者其他原因造成機體損傷，例如：刮傷、劃傷及撞傷等。

2.2.4 加工過程中造成的損傷，飛機的損傷部位在修復過程中，由于不正確的加工工藝而導致構件產生缺陷，例如飛機的蒙皮進行鉚接時锪窩過深，而在之后的疲勞載荷的作用下產生裂紋，導致蒙皮開裂。

2.2.5 機體除去上述原因的損傷，還有其他損傷，例如：a.刻痕：尖銳物體在結構件表面留下面積較小但有深度的痕跡，并且造成了材料損失；b.凹坑：較鈍物體在結構件表面留下面積較小但圓滑的變形，沒有材料損失；c.穿孔：由于外力（雷擊、表面點蝕等）穿透了結構件表面，形成了面積較小的空洞。

2.3 按初始型式分類

飛機機體的損傷按初始型式可分為兩類：第一種是明顯的大面積損傷，一般是離散源損傷；離散源損傷是醒目的大面積損傷，一般是飛行物撞擊或者飛機機體的結構件掉落飛出造成，例如飛鳥撞擊、發動機葉片斷裂、輪胎爆裂等。在適航條例中規定，此類損傷發生后，要求證明飛機的安全性才能繼續飛行。第二種是容易忽略的小損傷，一般是環境惡化、意外事故或疲勞引起。

3 機體損傷檢測方法與評估

3.1 損傷檢測方法

當發現飛機機體可能出現損傷時，需要對損傷進行檢測和評估，從而判斷該損傷是否可允許發生以及維修處理的緊急程度。

機體損傷檢測方法中最常見的兩種是目視檢查法和無損檢測法[2]。目視檢查法是檢查者在一定亮度條件下用眼睛或者借助其他工具（如內窺鏡）直接觀察飛機及其結構件。目視檢查法是飛機維修中檢查飛機安全性的重要手段之一，亦稱為光學-目視檢查法。目視檢查法作為重要維修方法，它操作簡便、直觀、成本低、檢查范圍廣，以及可以發現表面寬度大的裂紋、機械磨損、表面腐蝕、壓傷、斷裂、永久變形、保護層脫落、零件上的沉積物、系統的滲漏等損傷和缺陷。但是，人的肉眼分辨率低，只能發現寬度較大的裂紋(寬度為0.1～0.01mm)，寬度小于0.01mm 的裂紋就無法發現。

在檢查微小缺陷、零件內部缺陷以及目視所不能勝任的情況下，需要采用無損探傷方法檢查。無損檢測法有多種不同形式的檢測方法：渦流檢測、磁粉檢測、滲透檢測、射線檢測、超聲檢測等，不同結構材料的損傷需要根據其屬性選擇不同的無損檢測方法。例如，第一種渦流檢測是以電磁感應為原理，對導電材料制成的構件，進行表面和近表面的無損檢測，其基本原理見圖1，渦流檢測對疲勞裂紋和應力腐蝕裂紋缺陷比較敏感，有很高的靈敏度，可以在飛機未經拆卸的現場對許多部位作原位檢查。由于電磁感應原理，渦流檢測對導電材料的裂紋、折疊、夾雜及氣孔等有較精準的檢測。但是對強磁性材料，由于此種材料不均勻的導電率，渦流檢測無法準確檢測。

圖1 渦流檢測原理示意圖

第二種，磁粉檢測是利用磁現象來檢測飛機結構件中的缺陷，如圖2 是材料損傷時出現的不連續處漏磁場和磁痕分布，磁粉檢測可以直觀地觀察裂紋、發紋、白點等缺陷的形狀、大小和位置，具有較高靈敏度，同時不受工件大小和形狀限制，但是由于磁粉檢測的原理，該檢測方法只適用于鐵磁性材料，部件表面如有涂層、覆蓋層等會影響檢測的靈敏度。

圖2 不連續處漏磁場和磁痕分布

第三種，滲透檢測是以毛細管原理為基礎，用于非多孔材料的開口到表面的無損檢測方式，即將含有染料的滲透劑施加到非多孔材料表面上，如果有不連續性現象，在毛細作用下，滲透劑會滲入，去除表面多余的滲透劑并施加顯像劑，缺陷中的滲透劑被吸出形成顯示。滲透檢測幾乎可以用于所有表面非多孔材料的缺陷檢測，不受缺陷的形狀、尺寸和位置的影響，所用設備和操作也很簡單，故被廣泛應用。但是滲透檢測對結構件的表面預處理要求高，工序多流程長，且檢測用到的溶劑長時間與人體接觸對人也有所損傷。

3.2 機體損傷評估

機體結構件根據對飛機安全性的影響被劃分為重要結構項目(SSI)和其他結構項目，而重要結構項目中包含了所有的主要結構件(PSE)，對機體損傷的評估也就是對主要結構件的評估[3]。若評估后發現損傷程度在損傷容限內再根據實際情況修訂維修方案。損傷容限是指機體經受一定的離散源、環境、意外或疲勞損傷后，機體保持剩余安全強度的能力[4-5]。如果飛機的結構件在使用壽命期內產生了嚴重損傷(裂紋或其他局部損傷)，在損傷被檢測出之前，結構還能承受合理的載荷而不會出現破壞或過度變形，則認為該結構是滿足損傷容限的[6]。

對主要結構件損傷的評估流程如圖3，其中DTR 評估[7]，指的是疲勞損傷容限額定值評估，將已知的飛機維護數據結合飛機的結構特性與維護人員的檢測能力，對疲勞進行定量分析。EDR 評估指的是環境惡化額定值，通過環境損傷的敏感性和及時性來進行對比評定，即環境惡化額定值是敏感性與及時性之和。ADR 評估指的是偶然損傷額定值，即敏感性指數與及時性指數之和[8]。其中敏感性指數由飛機遭受意外損傷的可能性和損傷后的剩余強度組成，而及時性指數是根據損傷尺寸的敏感性和檢查的可見性評定。通過DTR、EDR、ADR 評估體系，評估損傷是否對飛機安全飛行起著關鍵作用，從而確定檢查和維護大綱。

圖3 主要結構件損傷的評估流程

4 結論

飛機機體產生損傷的原因有多種，對應的損傷表象和特點也不同，大致可按照損傷嚴重程度、損傷產生的原因和損傷的初始型式進行分類。為了保證飛機飛行的安全性和適航性，需要對損傷進行檢測以及評估，檢測的方法主要有目視檢查法和無損檢測法，而損傷評估一般是對機體的主要結構件進行評估，評估損傷是否會威脅飛機的安全飛行，從而決定需要采取的維修手段，因此，飛機機體損傷的研究對飛機的安全飛行極其重要。