航空装备无损检测技术现状及发展趋势v

图2 因AE预报而提前发现的某关键结构处微小裂纹

　　耿荣生等在2004~2011年长达8年的时间内，跟踪监测了2类三代机在全机疲劳试验中的损伤发展情况，首次建立了以声发射技术为中心的综合裂纹监控技术，保证了试验的顺利进行，2种机型的寿命均得到50% 以上的提高。其课题组发展了一套较为完整的声发射信号处理和预报方法，在充分研究并获得了无裂纹情况下背景声发射信号的统计平均特性后，采用了基于统计分析原理的趋势分析技术，基于时间、基于空间、基于幅度和基于能量的滤波技术，基于声发射信号幅度分布特征研究的信号处理方式，以及采用多参数综合识别技术获得疲劳裂纹萌生和扩展的声发射特征等。他们发展了一套独有的将监测到的声发射信号拆分成不同的时间序列，再利用统计平均参数的相关性等特征量的趋势变化实施监测，取得了明显效果。以2004~2008年对某型号飞机的监测为例，在整个试验过程中，在几乎未出现误报的情况下，成功预报和发现了38条关键裂纹，发现了100多条一般裂纹，这在全尺寸飞机疲劳试验裂纹监测史上是一个奇迹。由于实施了全程监测、检测（以及针对性的耐久修理），使得该机群的飞行寿命增加量达到50%。上述方法在2009年之后也应用到另一机种飞机的全尺寸疲劳试验中并取得成功。此项研究具有巨大的政治、军事和社会意义，并创造了以百亿为单位的经济效益。图1和图2是利用声发射（AE）技术预报关键结构裂纹的2个实例（如未预报，疲劳试验极有可能失败）。

航空装备无损检测技术发展方向及需要重视的领域

　　笔者曾多次就我国无损检测技术未来的发展方向进行过探讨，提出要在更高的平台上重建中国无损检测市场，在大力发展智能化、自动化和图像化的检测装置的同时，需要积极发展一些新的应用领域。本文就与航空装备密切相关的一些问题进行探索。

　　1. 大力发展结构健康监测（SHM）技术

　　所谓结构健康监测就是要对结构（健康）状态实施一系列监测措施并进行（健康）状态评价，在结构发生早期损伤或者疲劳裂纹萌生的时候，能对结构采取修复性措施，从而避免结构出现或者产生不可修复的破坏。如同最好的“治病”方法是加强预防和早期诊断以“防患于未然”一样，对于航空装备而言，健康监测是未来有效提高装备可靠性和延长其使用寿命的最佳途径。除前面提到的声发射监测在某种程度是一种结构健康监测技术外，目前已发展了不少“行之有效”的方法，例如，采用智能传感器技术、智能材料技术、光纤传感器和应变量监测技术等。由于单一方法总有其局限性，因此多种方法的联合使用可能是最有效的健康监测方法。健康监测的本质是需要对健康状态作出综合评价，在这一层面上，目前还没有一种技术是真正意义下的健康监测，大部分都属于损伤检测（能做到发现早期损伤或早期裂纹）的范畴，只不过一些“预埋”或预设的传感器能实施连续检测而已。不管采用什么技术（注意，没有一种技术是万能的），对结构本身的了解和工程应用经验都是至关重要的。

　　2. 提倡绿色NDT——无损检测技术的发展必须与我国工业发展的总体思路相适应

　　绿色制造，即采用节能、减排技术生产环境友好型机械制造设备，这无疑是机械制造业的发展方向［6］。未来的无损检测设备也应该是绿色的，即环境友好型设备。因此，一些传统的、可能会对环境产生污染的检测方法将会逐步被淘汰，或者被新的方法、新的检测媒介所代替。例如磁粉探伤，随着漏磁检测技术的进步和检测灵敏度的提高，以及后者可能更容易实现智能检测和可视检测，在很多场合， 磁粉探伤都有可能会被漏磁检测所替代。另一种已经发生并且加速进行的现象是数字射线检测技术终将代替传统的胶片检测方法。近年来，随着新型数字图像板和新型利用图像荧光存储的CR技术的飞速发展，数字射线的成像效果已完全可与传统胶片相媲美，因此，鉴于其环境友好的特征且能存贮、反复使用和实现远距离传输，代替传统胶片射线检测技术已指日可待。另一方面，随着超声检测技术的进步，例如TOFD技术在焊缝检测中作用的加强和标准的建立，（在焊缝方面）用超声TOFD代替或部分代替射线检测也已成为可能，这也符合绿色检测的理念。航空装备的无损检测需要重视这些新技术的推广应用，这方面的工作任重而道远。

　　3. 智能NDT和信息化NDT——信息化和智能化的无损检测设备

　　目前制造业的一个热门话题是信息制造、智能制造，即制造的机械设备系统能够进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。利用目前已经开发出来的晶片传感器技术，并与微电子学和高性能计算机相结合，生产集成化的（综合）、具有信息系统功能和智能检测的设备应当已具备条件。智能NDT 和信息化NDT的一个直接结果是让探伤（无损检测）“变得更加单”。事实上，早在20世纪90年代，空军就在这方面进行了十分有益的探索。外场的一些主要探伤工艺存贮在数字化超声波和涡流探伤设备中，大大简化了外场人员的操作步骤，并提高了外场探伤的可靠性。固化了主要机种外场探伤工艺的KK-30智能型超声波探伤仪和SMART-97智能型涡流探伤仪已具备了智能化仪器的雏型，当然，由于缺少可视化的检测结果且没有自动识别功能，这些仪器的智能化水平仍然较低。

　　目前，图像处理和图像自动识别技术飞速发展，有些已十分成熟，可以与该领域研究人员合作，研究智能化程度很高的无损检测设备。

　　4. 集成和数据融合技术

　　每一种无损检测方法都有其适用范围，因此也很难实现对被检对象的完整评估。为了提高检测的可靠性及效率，降低检测成本，实现检测的完整性，可采用包含多种检测方法的无损检测集成技术，但不同检测方法获得的结果不应当是孤立的，而应当有机联系并综合加权， 进而对检测对象进行评价，也就是需要对数据（结果）进行融合。因此，对集成检测仪器的一个最基本要求是能提供有效的数据融合平台，而不是简单地将几种不同检测功能拼凑在一起。在2011年的全球华人无损检测高峰论坛上，林俊明提出了云检测的概念，试图将云计算植入无损检测技术。这一设想有可能颠覆传统的一些无损检测设计理念，尽管目前尚处在探索中，但随着所谓“云技术”峰起云涌式的发展，它会给无损检测的发展带来何种影响，还真的需要特别关注。