飞机机体损伤检测与评估技术分析

俞芸芸

（南京航空航天大学金城学院，江苏 南京211156）

1 概述

飞机在飞行服役过程中，会因为各种原因产生一定的机体损失，损伤的检测与评估关系着飞机的正常使用，是让飞机维持适航性和航班正常运作的关键所在。现在我国执行的适航条例明确规定了对每一架飞机必须按损伤容限准则进行检查评估，保证飞机在寿时，其损伤达到临界尺寸之前能够被检查发现并完成修理，以保持航空器结构满足剩余强度的要求，保证航空器的适航性。本文是以机体损伤的检测与评估为主要内容，对飞机经历损伤后，维修人员所需要做的检测方式和评估流程进行了描述，让维修人员可以更快地选择实施修理方案，对症下药，节省维修时间。

2 飞机机体损伤类型

飞机机体损伤可以从三个角度进行分类，一种是按照损伤严重程度进行分类，一种是根据损伤产生的原因进行分类，第三种是按损伤初始型式分类，不同损伤产生的表象有所不同，对应的处理方式也有所不同。

2.1 按损伤的严重程度分类

飞机机体的损伤按照损伤的严重程度可以分为三类：可允许损伤、可修理损伤及不可修理损伤。

2.1.1 可允许损伤：机体结构完成检查后发现损伤较轻，低于修理手册所规定的损伤容限值，可以不必更换构件或者不需要修理，这种损伤被称作为可允许损伤。例如一些细小的凿刻痕迹等，能够用类似顺滑的方式去除。

2.1.2 可修理损伤：机体结构完成检查后发现损伤较严重，但可以通过一些方法修理好损伤，这种损伤被称作为可修理损伤。例如蒙皮结构强度减弱时可以通过补片的方法加强蒙皮的原始强度。

2.1.3 不可修理的损伤：机体结构完成检查后发现损伤严重，不可修理或者进行修理后从经济角度上判断不合理，这种损伤被称作为不可修理损伤[1]。这种损伤需要通过更换损伤构件从而恢复到正常的使用。

2.2 按损伤的原因分类

2.2.1 非正常使用造成的损伤，飞机在飞行过程中出于各种因素的影响，会出现一定的结构损伤，例如：a.飞行进入急盘旋时对操纵面造成损伤；b. 飞行时襟翼放下速度高于放下襟翼的限速，因此襟翼以及其操纵机构产生过载而损伤；c.飞机重着陆或超重着陆时，由于较大的垂直惯性对起落架及其邻近结构造成损伤。

2.2.2 正常使用中的损伤，飞机的使用过程就是消耗飞机寿命的过程，它和人一样多多少少会有些小毛病，例如：a.交变载荷引起的疲劳损伤，主要是疲劳裂纹；b.环境因素引起的服饰损伤；c.飞机构件间相互摩擦引起的摩擦损伤；d.飞机结构件在飞行引起的振动下产生的松动损伤。

2.2.3 非正常维护行为所造成的损伤：飞机在停机维护时由于人为原因或者其他原因造成机体损伤，例如：刮伤、划伤及撞伤等。

2.2.4 加工过程中造成的损伤，飞机的损伤部位在修复过程中，由于不正确的加工工艺而导致构件产生缺陷，例如飞机的蒙皮进行铆接时锪窝过深，而在之后的疲劳载荷的作用下产生裂纹，导致蒙皮开裂。

2.2.5 机体除去上述原因的损伤，还有其他损伤，例如：a.刻痕：尖锐物体在结构件表面留下面积较小但有深度的痕迹，并且造成了材料损失；b.凹坑：较钝物体在结构件表面留下面积较小但圆滑的变形，没有材料损失；c.穿孔：由于外力（雷击、表面点蚀等）穿透了结构件表面，形成了面积较小的空洞。

2.3 按初始型式分类

飞机机体的损伤按初始型式可分为两类：第一种是明显的大面积损伤，一般是离散源损伤；离散源损伤是醒目的大面积损伤，一般是飞行物撞击或者飞机机体的结构件掉落飞出造成，例如飞鸟撞击、发动机叶片断裂、轮胎爆裂等。在适航条例中规定，此类损伤发生后，要求证明飞机的安全性才能继续飞行。第二种是容易忽略的小损伤，一般是环境恶化、意外事故或疲劳引起。

3 机体损伤检测方法与评估

3.1 损伤检测方法

当发现飞机机体可能出现损伤时，需要对损伤进行检测和评估，从而判断该损伤是否可允许发生以及维修处理的紧急程度。

机体损伤检测方法中最常见的两种是目视检查法和无损检测法[2]。目视检查法是检查者在一定亮度条件下用眼睛或者借助其他工具（如内窥镜）直接观察飞机及其结构件。目视检查法是飞机维修中检查飞机安全性的重要手段之一，亦称为光学-目视检查法。目视检查法作为重要维修方法，它操作简便、直观、成本低、检查范围广，以及可以发现表面宽度大的裂纹、机械磨损、表面腐蚀、压伤、断裂、永久变形、保护层脱落、零件上的沉积物、系统的渗漏等损伤和缺陷。但是，人的肉眼分辨率低，只能发现宽度较大的裂纹(宽度为0.1～0.01mm)，宽度小于0.01mm 的裂纹就无法发现。

在检查微小缺陷、零件内部缺陷以及目视所不能胜任的情况下，需要采用无损探伤方法检查。无损检测法有多种不同形式的检测方法：涡流检测、磁粉检测、渗透检测、射线检测、超声检测等，不同结构材料的损伤需要根据其属性选择不同的无损检测方法。例如，第一种涡流检测是以电磁感应为原理，对导电材料制成的构件，进行表面和近表面的无损检测，其基本原理见图1，涡流检测对疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹缺陷比较敏感，有很高的灵敏度，可以在飞机未经拆卸的现场对许多部位作原位检查。由于电磁感应原理，涡流检测对导电材料的裂纹、折叠、夹杂及气孔等有较精准的检测。但是对强磁性材料，由于此种材料不均匀的导电率，涡流检测无法准确检测。

图1 涡流检测原理示意图

第二种，磁粉检测是利用磁现象来检测飞机结构件中的缺陷，如图2 是材料损伤时出现的不连续处漏磁场和磁痕分布，磁粉检测可以直观地观察裂纹、发纹、白点等缺陷的形状、大小和位置，具有较高灵敏度，同时不受工件大小和形状限制，但是由于磁粉检测的原理，该检测方法只适用于铁磁性材料，部件表面如有涂层、覆盖层等会影响检测的灵敏度。

图2 不连续处漏磁场和磁痕分布

第三种，渗透检测是以毛细管原理为基础，用于非多孔材料的开口到表面的无损检测方式，即将含有染料的渗透剂施加到非多孔材料表面上，如果有不连续性现象，在毛细作用下，渗透剂会渗入，去除表面多余的渗透剂并施加显像剂，缺陷中的渗透剂被吸出形成显示。渗透检测几乎可以用于所有表面非多孔材料的缺陷检测，不受缺陷的形状、尺寸和位置的影响，所用设备和操作也很简单，故被广泛应用。但是渗透检测对结构件的表面预处理要求高，工序多流程长，且检测用到的溶剂长时间与人体接触对人也有所损伤。

3.2 机体损伤评估

机体结构件根据对飞机安全性的影响被划分为重要结构项目(SSI)和其他结构项目，而重要结构项目中包含了所有的主要结构件(PSE)，对机体损伤的评估也就是对主要结构件的评估[3]。若评估后发现损伤程度在损伤容限内再根据实际情况修订维修方案。损伤容限是指机体经受一定的离散源、环境、意外或疲劳损伤后，机体保持剩余安全强度的能力[4-5]。如果飞机的结构件在使用寿命期内产生了严重损伤(裂纹或其他局部损伤)，在损伤被检测出之前，结构还能承受合理的载荷而不会出现破坏或过度变形，则认为该结构是满足损伤容限的[6]。

对主要结构件损伤的评估流程如图3，其中DTR 评估[7]，指的是疲劳损伤容限额定值评估，将已知的飞机维护数据结合飞机的结构特性与维护人员的检测能力，对疲劳进行定量分析。EDR 评估指的是环境恶化额定值，通过环境损伤的敏感性和及时性来进行对比评定，即环境恶化额定值是敏感性与及时性之和。ADR 评估指的是偶然损伤额定值，即敏感性指数与及时性指数之和[8]。其中敏感性指数由飞机遭受意外损伤的可能性和损伤后的剩余强度组成，而及时性指数是根据损伤尺寸的敏感性和检查的可见性评定。通过DTR、EDR、ADR 评估体系，评估损伤是否对飞机安全飞行起着关键作用，从而确定检查和维护大纲。

图3 主要结构件损伤的评估流程

4 结论

飞机机体产生损伤的原因有多种，对应的损伤表象和特点也不同，大致可按照损伤严重程度、损伤产生的原因和损伤的初始型式进行分类。为了保证飞机飞行的安全性和适航性，需要对损伤进行检测以及评估，检测的方法主要有目视检查法和无损检测法，而损伤评估一般是对机体的主要结构件进行评估，评估损伤是否会威胁飞机的安全飞行，从而决定需要采取的维修手段，因此，飞机机体损伤的研究对飞机的安全飞行极其重要。