使用內(nèi)窺鏡檢測和渦流檢測監(jiān)控壓氣機(jī)葉片損傷
壓氣機(jī)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力裝置的主要組成部分和關(guān)鍵部件，是大氣流經(jīng)燃?xì)鈩?dòng)力裝置的首要通道，其性能對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能將產(chǎn)生直接影響。本文介紹使用內(nèi)窺鏡檢測和渦流檢測監(jiān)控壓氣機(jī)葉片損傷的方法。
1. 內(nèi)窺檢查與損傷影像分析
目前，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片的損傷監(jiān)控，大多采用內(nèi)窺檢測方法，內(nèi)窺檢測中以檢測人員觀察分析為主。也有一些內(nèi)窺鏡具備缺陷的自動(dòng)識(shí)別功能，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的損傷形態(tài)，將缺陷分為線條形（如裂紋）和面積形（如缺口、撕裂等），針對(duì)不同的損傷形態(tài)，采取不同的自動(dòng)測量方法。對(duì)于內(nèi)窺鏡檢測來說，面積形缺陷比較容易檢出，如缺口和掉塊，而裂紋因比較細(xì)小而不易檢出。
受內(nèi)窺鏡的分辨率、缺陷位置、光照情況、葉片表面劃痕與附著物等因素的影響，容易發(fā)生漏檢，所以需要檢測人員特別仔細(xì)地檢查，尤其是要注意裂紋與表面劃痕的區(qū)別。裂紋的擴(kuò)展方向一般不是很規(guī)則，有較尖銳的尾部特征，且在葉片邊上容易出現(xiàn)較明顯的裂紋痕跡；而劃痕多呈直線或帶一定弧度的平滑曲線，在葉片邊上一般不會(huì)留下痕跡。
另一個(gè)值得注意的問題是，需要加強(qiáng)對(duì)處于規(guī)程允許損傷范圍內(nèi)未處理的舊傷的監(jiān)控與處理。由于局部應(yīng)力集中，此類輕微損傷也同樣存在萌生裂紋的可能性，且這類后續(xù)擴(kuò)展裂紋極其隱蔽，不易被發(fā)現(xiàn)。
內(nèi)窺鏡檢測的優(yōu)點(diǎn)是快速、簡單方便、直觀、經(jīng)濟(jì)，但其缺點(diǎn)為僅能檢測葉片表面缺陷，且容易受檢測人員經(jīng)驗(yàn)和葉片表面狀況的影響。
2. 渦流檢測與損傷定量評(píng)估
渦流檢測技術(shù)是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的一種無損檢測方法，適用于導(dǎo)體材料的檢測，其對(duì)疲勞裂紋和亞表面腐蝕缺陷非常敏感，靈敏度高，可達(dá)性好。對(duì)于渦流檢測，包含葉片質(zhì)量信息的是渦流傳感器中測量線圈接收的電壓(電流)信號(hào)。而測量線圈接收到的輸出信號(hào)中，能夠表征葉片裂紋缺陷等不連續(xù)的是電壓(電流)信號(hào)的變化量，或者說是渦流傳感器分別置于葉片完好處與含有裂紋等不連續(xù)性缺陷處所接收到的電壓(電流)信號(hào)差。
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片損傷，疲勞裂紋是最危險(xiǎn)的，裂紋擴(kuò)展會(huì)引起葉片斷裂，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)打傷發(fā)動(dòng)機(jī)，造成更大的損失。為了精確測量裂紋的尺寸，筆者運(yùn)用當(dāng)量曲線法在損傷定量方面進(jìn)行了探討。當(dāng)渦流傳感器在葉片試件上分別沿著垂直于裂紋長度方向掃描不同深度的裂紋缺陷時(shí)，可以得出裂紋信號(hào)幅值與裂紋的深度基本成正比的結(jié)論；類似地，裂紋信號(hào)幅值與檢測頻率之間也存在一定的關(guān)系。
在葉片的實(shí)際損傷中，受到葉片材料、損傷形狀等影響，產(chǎn)生的裂紋深度在不同的區(qū)域會(huì)有變化，在裂紋的起始部位開裂會(huì)深一些，裂紋端部開裂會(huì)稍淺?？刹捎蒙鲜龇椒ǘ總鞲衅鳈z測點(diǎn)的裂紋深度，找出裂紋開裂最深的部位。
3. 結(jié)語
通過綜合運(yùn)用內(nèi)窺鏡檢測和渦流檢測監(jiān)控壓氣機(jī)葉片損傷，既能直觀地觀察到損傷的形貌特征，又可對(duì)危險(xiǎn)的裂紋故障進(jìn)行精確定量，對(duì)于保障飛行安全具有重要意義。
本文來源：《無損檢測》2021年1期 （有部分刪節(jié)和少量修改）
作者：張海兵1，張?zhí)┓?，郭奇2
1.海軍航空大學(xué)青島校區(qū) 航空機(jī)械工程與指揮系
2.北京航空工程技術(shù)研究中心
第一作者：張海兵，碩士，副教授，主要從事飛機(jī)損傷檢測與評(píng)價(jià)工作。
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