飛機起落架減震支柱渦流檢測預判系統

黃善強

（上海民航職業技術學院，上海 200232）

2022 年，雖然新冠疫情對民航運輸生產影響的深度和持續性遠超預期，但全行業運輸航空公司飛機起降次數就有256.57 萬架次，隨著飛機的利用率的提高，未來航班量也會有顯著增加。飛機的每次起降都是對飛機起落架減震支柱的考驗，如果飛機起落架減震支柱出現故障，將會給飛機造成嚴重影響。對乘客來說，影響乘客的出行體驗；對航空公司來說，會產生比較大的經濟損失?，F階段機務人員對飛機起落架減震支柱的檢查主要是在飛機頂升過程中來檢測起落架減震支柱。該方法由于需要將飛機全部頂升，對工作環境要求比較苛刻，需要在飛機機庫完成，且需要消耗大量的人力來完成飛機的頂升工作，因此存在工作量大、難度高、檢查效率低且無法在飛機出現故障前進行預判，為了預防起落架減震支柱在飛機起飛和著陸過程中出現故障，現提出起落架減震支柱渦流檢測預判系統。

1 飛機運營時起落架常見故障

飛機運營時，起落架常見故障主要出現在起落架減震支柱上。起落架減震支柱的故障主要是飛機起落架內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 月出現的起落架減震支柱鏡面漏油故障見表1。按照100 架飛機來算，每年飛機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

飛機起落架內減震支柱和外減震支柱漏液壓油，主要原因有2 個。第一個原因是飛機減震支柱內的封嚴件破損，未起到密封的作用，當飛機在起飛或著陸過程中受到高沖擊載荷時出現漏油。由于起落架減震支柱封嚴在飛機維修過程中會定期更換，因此在航線維修中，由封嚴破損問題導致的起落架減震支柱漏液壓油的情況較少。第二個原因就是飛機起落架內減震支柱或外減震支柱出現了磨損或腐蝕，使結構出現了問題，導致飛機減震支柱內的液壓油漏出。通過分析航空公司的數據可知，在非定期進行起落架漏油維修的主要原因就是起落架內、外減震支柱出現磨損和腐蝕。而進行機務檢查時，飛機起落架減震支柱內部很難被檢查到，因此該文提出了渦流檢測預判系統，提前判斷由起落架減震支柱的磨損和腐蝕導致的故障，進而提前對起落架進行維護。

3 起落架渦流檢測預判系統

為了解決現階段飛機起落架減震支柱的檢查方法工作量大、難度高、檢查效率低且無法預判故障的問題，該文提出了一種應用渦流檢測預判系統檢查起落架減震支柱的方法，以實現起落架減震支柱的快速檢查，檢查效率高、檢查可靠性強且可以提前預判?？傮w技術路線如圖1所示。

圖1 起落架渦流預判系統總體技術路線

提取并存儲飛機起落架的原始數據，構建起落架減震支柱理論數模，并將各個位置的數據組合成各點原始數據集，以便對比實際測試數據。

確定起落架測量開始點，以各點原始數據集為依據，使用渦流預判系統的探頭對起落架減震支柱進行掃描，并收集各個點實測數據，組成測試點數據集。

根據各點原始數據集對比相應點的實際測量的數據集，分析起落架減震支柱的缺陷，獲得故障數據，在達到缺陷的門限值后觸發警報，通過飛機機載設備將警報信息發送給維修部門。

3.1 對飛機起落架減震支柱各點檢測數據的生成和檢測

當飛機生產或飛機維修更換起落架減震支柱時，收集飛機起落架減震支柱的數據，將其作為飛機起落架各點原始數據，將飛機每次起降時收集的數據作為各點的實測數據。飛機起落架減震支柱可通過如下方法進行數據收集和檢測。

首先，分別將起落架減震支柱伸長最長時和收縮最短時的最高點（O）和最低點（O′）的最前方作為零點（飛機機頭方向為前），將起落架整個平面沿軸長方向展開，以徑向為X軸，以軸向為Y軸構建坐標記錄數據，如圖2所示。

圖2 起落架平面沿軸向展開

其次，測量每個點的厚度數據d，如公式（1）所示。

式中：d為厚度；k為傳感器的常數；f為交變電磁場的頻率。

將Y方向均等分成n個位置點，獲得測量的厚度的點的集合如公式（2）所示。

再次，如果檢測時點Pd1（x1，y1）的檢測數據與原檢測的Pd1（x1，y1）存在差異，則判斷為存在故障。

最后，通過力學試驗模擬的柱形金屬斷裂的渦流探測圖如圖3 所示，縱坐標表示測量的電動勢，橫坐標為收集的次數。收集的電動勢信號表明，6500 次前數據都非常穩定，但6500 次不久后工件斷裂，數據就變得不穩定了。這說明在工件斷裂前數據就有變化，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數據圖

3.2 對數據誤差的處理

首先，飛機起落架減震支柱鍍層對探傷的影響。根據帶漆零件的渦流探傷[1]的試驗，可模擬出鍍層的相關結論。0μm～243μm 的鍍層厚度對渦流檢測傷信號衰減的影響不明顯。飛機起落架的鍍層約為13.2μm，因此可以忽略鍍層對渦流探傷的影響。各種漆層厚度下的傷信號刻度見表2。

表2 各種漆層厚度下的傷信號刻度

其次，地磁場對飛機渦流檢測系統的影響。由于各地的地磁場不一樣，并且會對渦流檢測系統產生影響。為了消除地磁場對渦流檢測系統的影響，可在飛機渦流檢測計算機中加入各個機場的地磁場信息，通過計算機消除地磁場探測的影響。

3.3 渦流檢測預判實施的具體方法

渦流探傷是利用檢測線圈來建立交變磁場，把能量傳遞給被檢測的導體，同時通過渦流建立的交變磁場來獲得被檢測導體中的質量信息。檢測線圈是一種換能器，根據檢測線圈的形狀、尺寸、材料和質量要求來選定線圈的種類。該文的渦流檢測預判系統檢測起落架使用的是如下2種方法。1）穿過式線圈測量法，是將被檢測式樣放在線圈內進行檢測的方法。該方法適用于起落架減震支柱內筒外壁的探傷，線圈產生的磁場作用于起落架減震支柱內筒外壁，因此檢測出外壁缺陷的效果較好。2）內插式線圈測量法，是將渦流檢測線圈放在管子內部進行檢測的方法。該方法適用于檢測起落架減震支柱外筒內壁，有助于發現起落架減震支柱外筒內壁的缺陷。

起落架減震支柱渦流檢測預判系統由渦流檢測交流電源、渦流檢測計算機和渦流檢測圈等部分組成。渦流檢測的交流電可由飛機的交流電源提供，例如飛機的1 號發動機或者APU。渦流檢測計算機安裝在飛機的電子設備艙中，該計算機的功能是存儲起落架減震支柱各點的原始數據、處理渦流檢測線圈的檢測數據和通過控制起落架渦流檢測線圈供電來控制起落架減震支柱的渦流檢測線圈工作。計算機可接收飛機系統其他計算機的信息來控制起落架減震支柱渦流線圈只在飛機起飛和著陸的過程中進行探測，并將探測到的數據和原始數據進行對比，確定是否有損傷。起落架減震支柱渦流檢測預判系統如圖4 所示。

圖4 起落架減震支柱渦流檢測系統簡圖

起落架減震支柱渦流檢測線圈是指在飛機起落架的外減震支柱內壁纏繞渦流線圈。在飛機起飛和著陸過程中，由起落架渦流檢測計算機給檢測線圈通上正弦波的交變的電流，通過起落架的外減震支柱內壁接近起落架的內減震支柱外壁，正在變化的電流就會產生交變的磁場。交變的磁場通過起落架內筒時會產生渦流，也會產生一個與原磁場方向相反的相同頻率的磁場，再反射到檢測線圈，導致檢測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，從而得到檢測數據[2]。將渦流檢測計算機獲得的檢測數據與起落架原始數據進行對比，從而得出起落架內減震支柱內、外壁是否有損傷。渦流檢測計算機判斷損傷信息，并將檢測結果發送給地面維修部門。

3.4 飛機起落架減震支柱渦流檢測系統的優點

首先，檢測時，線圈不需要接觸工件，無需耦合介質，方便在飛機在起飛和著陸時進行檢測。而且檢測速度快，可將數據傳輸給地面維護人員，便于及時發現起落架減震支柱內部損傷。

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

再次，起落架減震支柱是屬于高溫、高振動區域減震支柱的外筒內壁、內筒外壁及內壁都是在常規情況下容易檢查到的區域，而渦流檢測只需將檢測線圈安裝在起落架減震支柱內部便可以完成檢測，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，渦流檢測能測量金屬覆蓋層或非金屬涂層的厚度，從而也能檢測出起落架減震支柱的涂層損傷，并且檢測準確性很高。

4 結論

該文提出了飛機起落架減震支柱渦流檢測預判系統，在飛機起落架減震支柱內安裝渦流檢測裝置，可在出現嚴重故障前預判起落架故障，提前對飛機起落架支柱進行維修。該方法能夠提高飛機起落架減震支柱檢查的效率，降低飛機維修成本，減少由飛機起落架機械故障原因導致的延誤，提升飛機的使用率，增加航空公司的運營收入。