航空裝備無損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)v

圖2 因AE預(yù)報(bào)而提前發(fā)現(xiàn)的某關(guān)鍵結(jié)構(gòu)處微小裂紋

　　耿榮生等在2004~2011年長達(dá)8年的時(shí)間內(nèi)，跟蹤監(jiān)測(cè)了2類三代機(jī)在全機(jī)疲勞試驗(yàn)中的損傷發(fā)展情況，首次建立了以聲發(fā)射技術(shù)為中心的綜合裂紋監(jiān)控技術(shù)，保證了試驗(yàn)的順利進(jìn)行，2種機(jī)型的壽命均得到50% 以上的提高。其課題組發(fā)展了一套較為完整的聲發(fā)射信號(hào)處理和預(yù)報(bào)方法，在充分研究并獲得了無裂紋情況下背景聲發(fā)射信號(hào)的統(tǒng)計(jì)平均特性后，采用了基于統(tǒng)計(jì)分析原理的趨勢(shì)分析技術(shù)，基于時(shí)間、基于空間、基于幅度和基于能量的濾波技術(shù)，基于聲發(fā)射信號(hào)幅度分布特征研究的信號(hào)處理方式，以及采用多參數(shù)綜合識(shí)別技術(shù)獲得疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展的聲發(fā)射特征等。他們發(fā)展了一套獨(dú)有的將監(jiān)測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)拆分成不同的時(shí)間序列，再利用統(tǒng)計(jì)平均參數(shù)的相關(guān)性等特征量的趨勢(shì)變化實(shí)施監(jiān)測(cè)，取得了明顯效果。以2004~2008年對(duì)某型號(hào)飛機(jī)的監(jiān)測(cè)為例，在整個(gè)試驗(yàn)過程中，在幾乎未出現(xiàn)誤報(bào)的情況下，成功預(yù)報(bào)和發(fā)現(xiàn)了38條關(guān)鍵裂紋，發(fā)現(xiàn)了100多條一般裂紋，這在全尺寸飛機(jī)疲勞試驗(yàn)裂紋監(jiān)測(cè)史上是一個(gè)奇跡。由于實(shí)施了全程監(jiān)測(cè)、檢測(cè)（以及針對(duì)性的耐久修理），使得該機(jī)群的飛行壽命增加量達(dá)到50%。上述方法在2009年之后也應(yīng)用到另一機(jī)種飛機(jī)的全尺寸疲勞試驗(yàn)中并取得成功。此項(xiàng)研究具有巨大的政治、軍事和社會(huì)意義，并創(chuàng)造了以百億為單位的經(jīng)濟(jì)效益。圖1和圖2是利用聲發(fā)射（AE）技術(shù)預(yù)報(bào)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)裂紋的2個(gè)實(shí)例（如未預(yù)報(bào)，疲勞試驗(yàn)極有可能失敗）。

航空裝備無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展方向及需要重視的領(lǐng)域

　　筆者曾多次就我國無損檢測(cè)技術(shù)未來的發(fā)展方向進(jìn)行過探討，提出要在更高的平臺(tái)上重建中國無損檢測(cè)市場(chǎng)，在大力發(fā)展智能化、自動(dòng)化和圖像化的檢測(cè)裝置的同時(shí)，需要積極發(fā)展一些新的應(yīng)用領(lǐng)域。本文就與航空裝備密切相關(guān)的一些問題進(jìn)行探索。

　　1. 大力發(fā)展結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（SHM）技術(shù)

　　所謂結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)就是要對(duì)結(jié)構(gòu)（健康）狀態(tài)實(shí)施一系列監(jiān)測(cè)措施并進(jìn)行（健康）狀態(tài)評(píng)價(jià)，在結(jié)構(gòu)發(fā)生早期損傷或者疲勞裂紋萌生的時(shí)候，能對(duì)結(jié)構(gòu)采取修復(fù)性措施，從而避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)或者產(chǎn)生不可修復(fù)的破壞。如同最好的“治病”方法是加強(qiáng)預(yù)防和早期診斷以“防患于未然”一樣，對(duì)于航空裝備而言，健康監(jiān)測(cè)是未來有效提高裝備可靠性和延長其使用壽命的最佳途徑。除前面提到的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)在某種程度是一種結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)外，目前已發(fā)展了不少“行之有效”的方法，例如，采用智能傳感器技術(shù)、智能材料技術(shù)、光纖傳感器和應(yīng)變量監(jiān)測(cè)技術(shù)等。由于單一方法總有其局限性，因此多種方法的聯(lián)合使用可能是最有效的健康監(jiān)測(cè)方法。健康監(jiān)測(cè)的本質(zhì)是需要對(duì)健康狀態(tài)作出綜合評(píng)價(jià)，在這一層面上，目前還沒有一種技術(shù)是真正意義下的健康監(jiān)測(cè)，大部分都屬于損傷檢測(cè)（能做到發(fā)現(xiàn)早期損傷或早期裂紋）的范疇，只不過一些“預(yù)埋”或預(yù)設(shè)的傳感器能實(shí)施連續(xù)檢測(cè)而已。不管采用什么技術(shù)（注意，沒有一種技術(shù)是萬能的），對(duì)結(jié)構(gòu)本身的了解和工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)都是至關(guān)重要的。

　　2. 提倡綠色NDT——無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展必須與我國工業(yè)發(fā)展的總體思路相適應(yīng)

　　綠色制造，即采用節(jié)能、減排技術(shù)生產(chǎn)環(huán)境友好型機(jī)械制造設(shè)備，這無疑是機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展方向［6］。未來的無損檢測(cè)設(shè)備也應(yīng)該是綠色的，即環(huán)境友好型設(shè)備。因此，一些傳統(tǒng)的、可能會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的檢測(cè)方法將會(huì)逐步被淘汰，或者被新的方法、新的檢測(cè)媒介所代替。例如磁粉探傷，隨著漏磁檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和檢測(cè)靈敏度的提高，以及后者可能更容易實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)和可視檢測(cè)，在很多場(chǎng)合， 磁粉探傷都有可能會(huì)被漏磁檢測(cè)所替代。另一種已經(jīng)發(fā)生并且加速進(jìn)行的現(xiàn)象是數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)終將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膠片檢測(cè)方法。近年來，隨著新型數(shù)字圖像板和新型利用圖像熒光存儲(chǔ)的CR技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字射線的成像效果已完全可與傳統(tǒng)膠片相媲美，因此，鑒于其環(huán)境友好的特征且能存貯、反復(fù)使用和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，代替?zhèn)鹘y(tǒng)膠片射線檢測(cè)技術(shù)已指日可待。另一方面，隨著超聲檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，例如TOFD技術(shù)在焊縫檢測(cè)中作用的加強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn)的建立，（在焊縫方面）用超聲TOFD代替或部分代替射線檢測(cè)也已成為可能，這也符合綠色檢測(cè)的理念。航空裝備的無損檢測(cè)需要重視這些新技術(shù)的推廣應(yīng)用，這方面的工作任重而道遠(yuǎn)。

　　3. 智能NDT和信息化NDT——信息化和智能化的無損檢測(cè)設(shè)備

　　目前制造業(yè)的一個(gè)熱門話題是信息制造、智能制造，即制造的機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)能夠進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。利用目前已經(jīng)開發(fā)出來的晶片傳感器技術(shù)，并與微電子學(xué)和高性能計(jì)算機(jī)相結(jié)合，生產(chǎn)集成化的（綜合）、具有信息系統(tǒng)功能和智能檢測(cè)的設(shè)備應(yīng)當(dāng)已具備條件。智能NDT 和信息化NDT的一個(gè)直接結(jié)果是讓探傷（無損檢測(cè)）“變得更加單”。事實(shí)上，早在20世紀(jì)90年代，空軍就在這方面進(jìn)行了十分有益的探索。外場(chǎng)的一些主要探傷工藝存貯在數(shù)字化超聲波和渦流探傷設(shè)備中，大大簡(jiǎn)化了外場(chǎng)人員的操作步驟，并提高了外場(chǎng)探傷的可靠性。固化了主要機(jī)種外場(chǎng)探傷工藝的KK-30智能型超聲波探傷儀和SMART-97智能型渦流探傷儀已具備了智能化儀器的雛型，當(dāng)然，由于缺少可視化的檢測(cè)結(jié)果且沒有自動(dòng)識(shí)別功能，這些儀器的智能化水平仍然較低。

　　目前，圖像處理和圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)飛速發(fā)展，有些已十分成熟，可以與該領(lǐng)域研究人員合作，研究智能化程度很高的無損檢測(cè)設(shè)備。

　　4. 集成和數(shù)據(jù)融合技術(shù)

　　每一種無損檢測(cè)方法都有其適用范圍，因此也很難實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢對(duì)象的完整評(píng)估。為了提高檢測(cè)的可靠性及效率，降低檢測(cè)成本，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的完整性，可采用包含多種檢測(cè)方法的無損檢測(cè)集成技術(shù)，但不同檢測(cè)方法獲得的結(jié)果不應(yīng)當(dāng)是孤立的，而應(yīng)當(dāng)有機(jī)聯(lián)系并綜合加權(quán)， 進(jìn)而對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)，也就是需要對(duì)數(shù)據(jù)（結(jié)果）進(jìn)行融合。因此，對(duì)集成檢測(cè)儀器的一個(gè)最基本要求是能提供有效的數(shù)據(jù)融合平臺(tái)，而不是簡(jiǎn)單地將幾種不同檢測(cè)功能拼湊在一起。在2011年的全球華人無損檢測(cè)高峰論壇上，林俊明提出了云檢測(cè)的概念，試圖將云計(jì)算植入無損檢測(cè)技術(shù)。這一設(shè)想有可能顛覆傳統(tǒng)的一些無損檢測(cè)設(shè)計(jì)理念，盡管目前尚處在探索中，但隨著所謂“云技術(shù)”峰起云涌式的發(fā)展，它會(huì)給無損檢測(cè)的發(fā)展帶來何種影響，還真的需要特別關(guān)注。