飞机起落架减震支柱涡流检测预判系统

黄善强

（上海民航职业技术学院，上海 200232）

2022 年，虽然新冠疫情对民航运输生产影响的深度和持续性远超预期，但全行业运输航空公司飞机起降次数就有256.57 万架次，随着飞机的利用率的提高，未来航班量也会有显著增加。飞机的每次起降都是对飞机起落架减震支柱的考验，如果飞机起落架减震支柱出现故障，将会给飞机造成严重影响。对乘客来说，影响乘客的出行体验；对航空公司来说，会产生比较大的经济损失。现阶段机务人员对飞机起落架减震支柱的检查主要是在飞机顶升过程中来检测起落架减震支柱。该方法由于需要将飞机全部顶升，对工作环境要求比较苛刻，需要在飞机机库完成，且需要消耗大量的人力来完成飞机的顶升工作，因此存在工作量大、难度高、检查效率低且无法在飞机出现故障前进行预判，为了预防起落架减震支柱在飞机起飞和着陆过程中出现故障，现提出起落架减震支柱涡流检测预判系统。

1 飞机运营时起落架常见故障

飞机运营时，起落架常见故障主要出现在起落架减震支柱上。起落架减震支柱的故障主要是飞机起落架内减震支柱和外减震支柱漏液压油。某航空公司2019 年7 月—2020 年12 月出现的起落架减震支柱镜面漏油故障见表1。按照100 架飞机来算，每年飞机的起落架减震支柱漏油故障就有4 起。

表1 某公司起落架减震支柱的故障情况

2 起落架减震支柱漏油故障原因

飞机起落架内减震支柱和外减震支柱漏液压油，主要原因有2 个。第一个原因是飞机减震支柱内的封严件破损，未起到密封的作用，当飞机在起飞或着陆过程中受到高冲击载荷时出现漏油。由于起落架减震支柱封严在飞机维修过程中会定期更换，因此在航线维修中，由封严破损问题导致的起落架减震支柱漏液压油的情况较少。第二个原因就是飞机起落架内减震支柱或外减震支柱出现了磨损或腐蚀，使结构出现了问题，导致飞机减震支柱内的液压油漏出。通过分析航空公司的数据可知，在非定期进行起落架漏油维修的主要原因就是起落架内、外减震支柱出现磨损和腐蚀。而进行机务检查时，飞机起落架减震支柱内部很难被检查到，因此该文提出了涡流检测预判系统，提前判断由起落架减震支柱的磨损和腐蚀导致的故障，进而提前对起落架进行维护。

3 起落架涡流检测预判系统

为了解决现阶段飞机起落架减震支柱的检查方法工作量大、难度高、检查效率低且无法预判故障的问题，该文提出了一种应用涡流检测预判系统检查起落架减震支柱的方法，以实现起落架减震支柱的快速检查，检查效率高、检查可靠性强且可以提前预判。总体技术路线如图1所示。

图1 起落架涡流预判系统总体技术路线

提取并存储飞机起落架的原始数据，构建起落架减震支柱理论数模，并将各个位置的数据组合成各点原始数据集，以便对比实际测试数据。

确定起落架测量开始点，以各点原始数据集为依据，使用涡流预判系统的探头对起落架减震支柱进行扫描，并收集各个点实测数据，组成测试点数据集。

根据各点原始数据集对比相应点的实际测量的数据集，分析起落架减震支柱的缺陷，获得故障数据，在达到缺陷的门限值后触发警报，通过飞机机载设备将警报信息发送给维修部门。

3.1 对飞机起落架减震支柱各点检测数据的生成和检测

当飞机生产或飞机维修更换起落架减震支柱时，收集飞机起落架减震支柱的数据，将其作为飞机起落架各点原始数据，将飞机每次起降时收集的数据作为各点的实测数据。飞机起落架减震支柱可通过如下方法进行数据收集和检测。

首先，分别将起落架减震支柱伸长最长时和收缩最短时的最高点（O）和最低点（O′）的最前方作为零点（飞机机头方向为前），将起落架整个平面沿轴长方向展开，以径向为X轴，以轴向为Y轴构建坐标记录数据，如图2所示。

图2 起落架平面沿轴向展开

其次，测量每个点的厚度数据d，如公式（1）所示。

式中：d为厚度；k为传感器的常数；f为交变电磁场的频率。

将Y方向均等分成n个位置点，获得测量的厚度的点的集合如公式（2）所示。

再次，如果检测时点Pd1（x1，y1）的检测数据与原检测的Pd1（x1，y1）存在差异，则判断为存在故障。

最后，通过力学试验模拟的柱形金属断裂的涡流探测图如图3 所示，纵坐标表示测量的电动势，横坐标为收集的次数。收集的电动势信号表明，6500 次前数据都非常稳定，但6500 次不久后工件断裂，数据就变得不稳定了。这说明在工件断裂前数据就有变化，即可在这之前判断出起落架减震支柱的故障。

图3 柱形金属件涡流检测数据图

3.2 对数据误差的处理

首先，飞机起落架减震支柱镀层对探伤的影响。根据带漆零件的涡流探伤[1]的试验，可模拟出镀层的相关结论。0μm～243μm 的镀层厚度对涡流检测伤信号衰减的影响不明显。飞机起落架的镀层约为13.2μm，因此可以忽略镀层对涡流探伤的影响。各种漆层厚度下的伤信号刻度见表2。

表2 各种漆层厚度下的伤信号刻度

其次，地磁场对飞机涡流检测系统的影响。由于各地的地磁场不一样，并且会对涡流检测系统产生影响。为了消除地磁场对涡流检测系统的影响，可在飞机涡流检测计算机中加入各个机场的地磁场信息，通过计算机消除地磁场探测的影响。

3.3 涡流检测预判实施的具体方法

涡流探伤是利用检测线圈来建立交变磁场，把能量传递给被检测的导体，同时通过涡流建立的交变磁场来获得被检测导体中的质量信息。检测线圈是一种换能器，根据检测线圈的形状、尺寸、材料和质量要求来选定线圈的种类。该文的涡流检测预判系统检测起落架使用的是如下2种方法。1）穿过式线圈测量法，是将被检测式样放在线圈内进行检测的方法。该方法适用于起落架减震支柱内筒外壁的探伤，线圈产生的磁场作用于起落架减震支柱内筒外壁，因此检测出外壁缺陷的效果较好。2）内插式线圈测量法，是将涡流检测线圈放在管子内部进行检测的方法。该方法适用于检测起落架减震支柱外筒内壁，有助于发现起落架减震支柱外筒内壁的缺陷。

起落架减震支柱涡流检测预判系统由涡流检测交流电源、涡流检测计算机和涡流检测圈等部分组成。涡流检测的交流电可由飞机的交流电源提供，例如飞机的1 号发动机或者APU。涡流检测计算机安装在飞机的电子设备舱中，该计算机的功能是存储起落架减震支柱各点的原始数据、处理涡流检测线圈的检测数据和通过控制起落架涡流检测线圈供电来控制起落架减震支柱的涡流检测线圈工作。计算机可接收飞机系统其他计算机的信息来控制起落架减震支柱涡流线圈只在飞机起飞和着陆的过程中进行探测，并将探测到的数据和原始数据进行对比，确定是否有损伤。起落架减震支柱涡流检测预判系统如图4 所示。

图4 起落架减震支柱涡流检测系统简图

起落架减震支柱涡流检测线圈是指在飞机起落架的外减震支柱内壁缠绕涡流线圈。在飞机起飞和着陆过程中，由起落架涡流检测计算机给检测线圈通上正弦波的交变的电流，通过起落架的外减震支柱内壁接近起落架的内减震支柱外壁，正在变化的电流就会产生交变的磁场。交变的磁场通过起落架内筒时会产生涡流，也会产生一个与原磁场方向相反的相同频率的磁场，再反射到检测线圈，导致检测线圈阻抗的电阻和电感的变化，改变了线圈的电流大小及相位，从而得到检测数据[2]。将涡流检测计算机获得的检测数据与起落架原始数据进行对比，从而得出起落架内减震支柱内、外壁是否有损伤。涡流检测计算机判断损伤信息，并将检测结果发送给地面维修部门。

3.4 飞机起落架减震支柱涡流检测系统的优点

首先，检测时，线圈不需要接触工件，无需耦合介质，方便在飞机在起飞和着陆时进行检测。而且检测速度快，可将数据传输给地面维护人员，便于及时发现起落架减震支柱内部损伤。

其次，起落架减震支柱内壁和外壁为近表面，涡流检测对近表面的缺陷有很高的检出灵敏度，并且在一定的范围内具有良好的线性指示，可用作质量管理与控制。

再次，起落架减震支柱是属于高温、高振动区域减震支柱的外筒内壁、内筒外壁及内壁都是在常规情况下容易检查到的区域，而涡流检测只需将检测线圈安装在起落架减震支柱内部便可以完成检测，减少了许多不必要的程序，提高了工作效率。

最后，起落架有涂层，涡流检测能测量金属覆盖层或非金属涂层的厚度，从而也能检测出起落架减震支柱的涂层损伤，并且检测准确性很高。

4 结论

该文提出了飞机起落架减震支柱涡流检测预判系统，在飞机起落架减震支柱内安装涡流检测装置，可在出现严重故障前预判起落架故障，提前对飞机起落架支柱进行维修。该方法能够提高飞机起落架减震支柱检查的效率，降低飞机维修成本，减少由飞机起落架机械故障原因导致的延误，提升飞机的使用率，增加航空公司的运营收入。