黃善強(qiáng)

（上海民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 200232）

2022 年，雖然新冠疫情對(duì)民航運(yùn)輸生產(chǎn)影響的深度和持續(xù)性遠(yuǎn)超預(yù)期，但全行業(yè)運(yùn)輸航空公司飛機(jī)起降次數(shù)就有256.57 萬(wàn)架次，隨著飛機(jī)的利用率的提高，未來(lái)航班量也會(huì)有顯著增加。飛機(jī)的每次起降都是對(duì)飛機(jī)起落架減震支柱的考驗(yàn)，如果飛機(jī)起落架減震支柱出現(xiàn)故障，將會(huì)給飛機(jī)造成嚴(yán)重影響。對(duì)乘客來(lái)說(shuō)，影響乘客的出行體驗(yàn)；對(duì)航空公司來(lái)說(shuō)，會(huì)產(chǎn)生比較大的經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)階段機(jī)務(wù)人員對(duì)飛機(jī)起落架減震支柱的檢查主要是在飛機(jī)頂升過(guò)程中來(lái)檢測(cè)起落架減震支柱。該方法由于需要將飛機(jī)全部頂升，對(duì)工作環(huán)境要求比較苛刻，需要在飛機(jī)機(jī)庫(kù)完成，且需要消耗大量的人力來(lái)完成飛機(jī)的頂升工作，因此存在工作量大、難度高、檢查效率低且無(wú)法在飛機(jī)出現(xiàn)故障前進(jìn)行預(yù)判，為了預(yù)防起落架減震支柱在飛機(jī)起飛和著陸過(guò)程中出現(xiàn)故障，現(xiàn)提出起落架減震支柱渦流檢測(cè)預(yù)判系統(tǒng)。

1 飛機(jī)運(yùn)營(yíng)時(shí)起落架常見(jiàn)故障

飛機(jī)運(yùn)營(yíng)時(shí)，起落架常見(jiàn)故障主要出現(xiàn)在起落架減震支柱上。起落架減震支柱的故障主要是飛機(jī)起落架內(nèi)減震支柱和外減震支柱漏液壓油。某航空公司2019 年7 月—2020 年12 月出現(xiàn)的起落架減震支柱鏡面漏油故障見(jiàn)表1。按照100 架飛機(jī)來(lái)算，每年飛機(jī)的起落架減震支柱漏油故障就有4 起。

表1 某公司起落架減震支柱的故障情況

2 起落架減震支柱漏油故障原因

飛機(jī)起落架內(nèi)減震支柱和外減震支柱漏液壓油，主要原因有2 個(gè)。第一個(gè)原因是飛機(jī)減震支柱內(nèi)的封嚴(yán)件破損，未起到密封的作用，當(dāng)飛機(jī)在起飛或著陸過(guò)程中受到高沖擊載荷時(shí)出現(xiàn)漏油。由于起落架減震支柱封嚴(yán)在飛機(jī)維修過(guò)程中會(huì)定期更換，因此在航線維修中，由封嚴(yán)破損問(wèn)題導(dǎo)致的起落架減震支柱漏液壓油的情況較少。第二個(gè)原因就是飛機(jī)起落架內(nèi)減震支柱或外減震支柱出現(xiàn)了磨損或腐蝕，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了問(wèn)題，導(dǎo)致飛機(jī)減震支柱內(nèi)的液壓油漏出。通過(guò)分析航空公司的數(shù)據(jù)可知，在非定期進(jìn)行起落架漏油維修的主要原因就是起落架內(nèi)、外減震支柱出現(xiàn)磨損和腐蝕。而進(jìn)行機(jī)務(wù)檢查時(shí)，飛機(jī)起落架減震支柱內(nèi)部很難被檢查到，因此該文提出了渦流檢測(cè)預(yù)判系統(tǒng)，提前判斷由起落架減震支柱的磨損和腐蝕導(dǎo)致的故障，進(jìn)而提前對(duì)起落架進(jìn)行維護(hù)。

3 起落架渦流檢測(cè)預(yù)判系統(tǒng)

為了解決現(xiàn)階段飛機(jī)起落架減震支柱的檢查方法工作量大、難度高、檢查效率低且無(wú)法預(yù)判故障的問(wèn)題，該文提出了一種應(yīng)用渦流檢測(cè)預(yù)判系統(tǒng)檢查起落架減震支柱的方法，以實(shí)現(xiàn)起落架減震支柱的快速檢查，檢查效率高、檢查可靠性強(qiáng)且可以提前預(yù)判?？傮w技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 起落架渦流預(yù)判系統(tǒng)總體技術(shù)路線

提取并存儲(chǔ)飛機(jī)起落架的原始數(shù)據(jù)，構(gòu)建起落架減震支柱理論數(shù)模，并將各個(gè)位置的數(shù)據(jù)組合成各點(diǎn)原始數(shù)據(jù)集，以便對(duì)比實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)。

確定起落架測(cè)量開(kāi)始點(diǎn)，以各點(diǎn)原始數(shù)據(jù)集為依據(jù)，使用渦流預(yù)判系統(tǒng)的探頭對(duì)起落架減震支柱進(jìn)行掃描，并收集各個(gè)點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，組成測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)集。

根據(jù)各點(diǎn)原始數(shù)據(jù)集對(duì)比相應(yīng)點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)集，分析起落架減震支柱的缺陷，獲得故障數(shù)據(jù)，在達(dá)到缺陷的門(mén)限值后觸發(fā)警報(bào)，通過(guò)飛機(jī)機(jī)載設(shè)備將警報(bào)信息發(fā)送給維修部門(mén)。

3.1 對(duì)飛機(jī)起落架減震支柱各點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的生成和檢測(cè)

當(dāng)飛機(jī)生產(chǎn)或飛機(jī)維修更換起落架減震支柱時(shí)，收集飛機(jī)起落架減震支柱的數(shù)據(jù)，將其作為飛機(jī)起落架各點(diǎn)原始數(shù)據(jù)，將飛機(jī)每次起降時(shí)收集的數(shù)據(jù)作為各點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。飛機(jī)起落架減震支柱可通過(guò)如下方法進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和檢測(cè)。

首先，分別將起落架減震支柱伸長(zhǎng)最長(zhǎng)時(shí)和收縮最短時(shí)的最高點(diǎn)（O）和最低點(diǎn)（O′）的最前方作為零點(diǎn)（飛機(jī)機(jī)頭方向?yàn)榍埃瑢⑵鹇浼苷麄€(gè)平面沿軸長(zhǎng)方向展開(kāi)，以徑向?yàn)閄軸，以軸向?yàn)閅軸構(gòu)建坐標(biāo)記錄數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 起落架平面沿軸向展開(kāi)

其次，測(cè)量每個(gè)點(diǎn)的厚度數(shù)據(jù)d，如公式（1）所示。

式中：d為厚度；k為傳感器的常數(shù)；f為交變電磁場(chǎng)的頻率。

將Y方向均等分成n個(gè)位置點(diǎn)，獲得測(cè)量的厚度的點(diǎn)的集合如公式（2）所示。

再次，如果檢測(cè)時(shí)點(diǎn)Pd1（x1，y1）的檢測(cè)數(shù)據(jù)與原檢測(cè)的Pd1（x1，y1）存在差異，則判斷為存在故障。

最后，通過(guò)力學(xué)試驗(yàn)?zāi)M的柱形金屬斷裂的渦流探測(cè)圖如圖3 所示，縱坐標(biāo)表示測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)，橫坐標(biāo)為收集的次數(shù)。收集的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)表明，6500 次前數(shù)據(jù)都非常穩(wěn)定，但6500 次不久后工件斷裂，數(shù)據(jù)就變得不穩(wěn)定了。這說(shuō)明在工件斷裂前數(shù)據(jù)就有變化，即可在這之前判斷出起落架減震支柱的故障。

圖3 柱形金屬件渦流檢測(cè)數(shù)據(jù)圖

3.2 對(duì)數(shù)據(jù)誤差的處理

首先，飛機(jī)起落架減震支柱鍍層對(duì)探傷的影響。根據(jù)帶漆零件的渦流探傷[1]的試驗(yàn)，可模擬出鍍層的相關(guān)結(jié)論。0μm～243μm 的鍍層厚度對(duì)渦流檢測(cè)傷信號(hào)衰減的影響不明顯。飛機(jī)起落架的鍍層約為13.2μm，因此可以忽略鍍層對(duì)渦流探傷的影響。各種漆層厚度下的傷信號(hào)刻度見(jiàn)表2。

表2 各種漆層厚度下的傷信號(hào)刻度

其次，地磁場(chǎng)對(duì)飛機(jī)渦流檢測(cè)系統(tǒng)的影響。由于各地的地磁場(chǎng)不一樣，并且會(huì)對(duì)渦流檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。為了消除地磁場(chǎng)對(duì)渦流檢測(cè)系統(tǒng)的影響，可在飛機(jī)渦流檢測(cè)計(jì)算機(jī)中加入各個(gè)機(jī)場(chǎng)的地磁場(chǎng)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)消除地磁場(chǎng)探測(cè)的影響。

3.3 渦流檢測(cè)預(yù)判實(shí)施的具體方法

渦流探傷是利用檢測(cè)線圈來(lái)建立交變磁場(chǎng)，把能量傳遞給被檢測(cè)的導(dǎo)體，同時(shí)通過(guò)渦流建立的交變磁場(chǎng)來(lái)獲得被檢測(cè)導(dǎo)體中的質(zhì)量信息。檢測(cè)線圈是一種換能器，根據(jù)檢測(cè)線圈的形狀、尺寸、材料和質(zhì)量要求來(lái)選定線圈的種類。該文的渦流檢測(cè)預(yù)判系統(tǒng)檢測(cè)起落架使用的是如下2種方法。1）穿過(guò)式線圈測(cè)量法，是將被檢測(cè)式樣放在線圈內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)的方法。該方法適用于起落架減震支柱內(nèi)筒外壁的探傷，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用于起落架減震支柱內(nèi)筒外壁，因此檢測(cè)出外壁缺陷的效果較好。2）內(nèi)插式線圈測(cè)量法，是將渦流檢測(cè)線圈放在管子內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)的方法。該方法適用于檢測(cè)起落架減震支柱外筒內(nèi)壁，有助于發(fā)現(xiàn)起落架減震支柱外筒內(nèi)壁的缺陷。

起落架減震支柱渦流檢測(cè)預(yù)判系統(tǒng)由渦流檢測(cè)交流電源、渦流檢測(cè)計(jì)算機(jī)和渦流檢測(cè)圈等部分組成。渦流檢測(cè)的交流電可由飛機(jī)的交流電源提供，例如飛機(jī)的1 號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)或者APU。渦流檢測(cè)計(jì)算機(jī)安裝在飛機(jī)的電子設(shè)備艙中，該計(jì)算機(jī)的功能是存儲(chǔ)起落架減震支柱各點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)、處理渦流檢測(cè)線圈的檢測(cè)數(shù)據(jù)和通過(guò)控制起落架渦流檢測(cè)線圈供電來(lái)控制起落架減震支柱的渦流檢測(cè)線圈工作。計(jì)算機(jī)可接收飛機(jī)系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)的信息來(lái)控制起落架減震支柱渦流線圈只在飛機(jī)起飛和著陸的過(guò)程中進(jìn)行探測(cè)，并將探測(cè)到的數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確定是否有損傷。起落架減震支柱渦流檢測(cè)預(yù)判系統(tǒng)如圖4 所示。

圖4 起落架減震支柱渦流檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

起落架減震支柱渦流檢測(cè)線圈是指在飛機(jī)起落架的外減震支柱內(nèi)壁纏繞渦流線圈。在飛機(jī)起飛和著陸過(guò)程中，由起落架渦流檢測(cè)計(jì)算機(jī)給檢測(cè)線圈通上正弦波的交變的電流，通過(guò)起落架的外減震支柱內(nèi)壁接近起落架的內(nèi)減震支柱外壁，正在變化的電流就會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。交變的磁場(chǎng)通過(guò)起落架內(nèi)筒時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與原磁場(chǎng)方向相反的相同頻率的磁場(chǎng)，再反射到檢測(cè)線圈，導(dǎo)致檢測(cè)線圈阻抗的電阻和電感的變化，改變了線圈的電流大小及相位，從而得到檢測(cè)數(shù)據(jù)[2]。將渦流檢測(cè)計(jì)算機(jī)獲得的檢測(cè)數(shù)據(jù)與起落架原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而得出起落架內(nèi)減震支柱內(nèi)、外壁是否有損傷。渦流檢測(cè)計(jì)算機(jī)判斷損傷信息，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給地面維修部門(mén)。

3.4 飛機(jī)起落架減震支柱渦流檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

首先，檢測(cè)時(shí)，線圈不需要接觸工件，無(wú)需耦合介質(zhì)，方便在飛機(jī)在起飛和著陸時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。而且檢測(cè)速度快，可將數(shù)據(jù)傳輸給地面維護(hù)人員，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)起落架減震支柱內(nèi)部損傷。

其次，起落架減震支柱內(nèi)壁和外壁為近表面，渦流檢測(cè)對(duì)近表面的缺陷有很高的檢出靈敏度，并且在一定的范圍內(nèi)具有良好的線性指示，可用作質(zhì)量管理與控制。

再次，起落架減震支柱是屬于高溫、高振動(dòng)區(qū)域減震支柱的外筒內(nèi)壁、內(nèi)筒外壁及內(nèi)壁都是在常規(guī)情況下容易檢查到的區(qū)域，而渦流檢測(cè)只需將檢測(cè)線圈安裝在起落架減震支柱內(nèi)部便可以完成檢測(cè)，減少了許多不必要的程序，提高了工作效率。

最后，起落架有涂層，渦流檢測(cè)能測(cè)量金屬覆蓋層或非金屬涂層的厚度，從而也能檢測(cè)出起落架減震支柱的涂層損傷，并且檢測(cè)準(zhǔn)確性很高。

4 結(jié)論

該文提出了飛機(jī)起落架減震支柱渦流檢測(cè)預(yù)判系統(tǒng)，在飛機(jī)起落架減震支柱內(nèi)安裝渦流檢測(cè)裝置，可在出現(xiàn)嚴(yán)重故障前預(yù)判起落架故障，提前對(duì)飛機(jī)起落架支柱進(jìn)行維修。該方法能夠提高飛機(jī)起落架減震支柱檢查的效率，降低飛機(jī)維修成本，減少由飛機(jī)起落架機(jī)械故障原因?qū)е碌难诱`，提升飛機(jī)的使用率，增加航空公司的運(yùn)營(yíng)收入。