陈瑞强
（中航天水飞机工业有限责任公司，甘肃 天水 741025）
随着我国工业CT 技术的成熟，工业CT 检测系统被应用在各领域中。在飞机修理工作中，工业CT 技术的检测优势非常明显，能够帮助维修人员定位故障、明确损伤情况，使维修人员制定更可靠的维修方案。但是为发挥工业CT 的技术价值，还应结合飞机维修实际需求，灵活应用工业CT 技术，优化飞机设备的维修方案，使飞机处于良好的运行状态。
工业CT 技术是在计算机技术支持下衍生的“断层扫描成像技术”，可以在不损伤物体的基础上，利用3D、2D 图像直观、清晰地呈现物体结构、缺损、材质。工业CT 技术的基本原理是利用计算机的扫描辐射作用，以及物体本身的吸收特性，用辐射源、放射性核素发射具有一定能量强度的射线，如X 射线、Y 射线，以此检测物品内部射线分布情况、辐射源衰减规律，并在探测仪器的协助下获取物体内的信息数据，由计算机重建物体内部图像信息，显示物体的完整图像[1]。
1.工业CT 技术可以准确定位飞机设备故障，更快捷地识别飞机缺损图像信息。传统射线检测技术一般是将3D 物体投影到平面上，这种方式会导致图像信息持续叠加，无法准确地定位、测量设备故障或缺损。工业CT 检测系统可直接生成2D、3D 图像，轻松识别物体的细节特征、内部结构，呈现物体内缺损的空间位置、形状、尺寸信息等，为维修人员提供可靠的检测信息。
2.工业CT 技术的分辨率较高，且具有较强的密度分辨能力，飞机修理中所获取的图像分辨率高达0.3%，明显高于普通的无损检测技术。另外，高性能的工业CT 检测系统的动态响应范围广，在飞机修理中可以探测到检测范围内的设备故障、材料缺损情况。据了解，高性能工业CT 检测设备探测时的动态响应范围高达106 以上，无需在检测中使用图像加强设备。
3.基于工业CT 技术的飞机修理图像信息的存储、传送更为便捷，可以直观显示，使维修人员及时获取飞机设备缺陷的尺寸、位置、形状，并根据密度信息了解缺陷性质，分析缺陷原因，针对性地进行飞机维修[2]。
1.随着我国制造技术的发展和创新，飞机生产中的复合材料增多，各类高强度、刚度好的复合材料成为飞机的重要组成结构。但由于复合材料结构会受多种因素影响，且内部结构较为复杂，后期修理时需要通过无损检测的方法，排查复合材料中的内部缺陷，使其机械性能、整体结构符合飞机的使用要求。但常用的外观检测、声谐振法、声阻法、超声检测等无损检测技术，一般只能检测飞机复合材料表面、近表面的部分缺陷位置，所获取的缺陷尺寸不准确，使得飞机修理时前期检测的可靠性较低，维修人员无法依据数量化的缺陷、准确的尺寸信息制定维修方案。
工业CT 检测技术的高空间、密度分辨率，及其高对比度分辨率可以在飞机无损检测的基础上，生成飞机试件中复合材料的3D 图像，立体呈现复合材料的内部结构，以及飞机部件的缺陷空间形状、复合材料的分布区域，及其在任意截面的尺寸，使维修人员掌握更可靠、精确的检测结果。不仅如此，一些高分辨率的工业CT 在装配“微纳米焦点射线管”后，其空间分辨率可达到微米级、亚微米级，实现飞机部件的微观检测，便于维修人员完整地掌握部件信息，如飞机部件的裂纹、变形缺陷，或是分析其孔隙率、内部纤维方向，夯实飞机部件维修基础[3]。
2.近年来，为维护飞机运行的安全性，完善飞机使用性能，航空航天领域对飞机机件故障无损检测精度、要求逐渐升高，需要对飞机内部的复杂精密产品进行检测维修，并且需要在不分解飞机内精密部件的基础上无损检测其缺陷、装配信息。但传统超声、射线、尺寸测量技术无法满足相关要求，只有基于工业计算机断层扫描成像技术，引进工业CT 检测系统，才能利用该技术体系中X射线透射原理，对飞机的精密设备、精密元件进行无损检测，同时清晰地了解其缺陷问题，降低飞机维修中复杂部件的检测难度。
4.1 测量缺陷尺寸
飞机修理中，工业CT 技术可以通过测量飞机某部件、某设备的缺陷尺寸进行故障检测、故障诊断。
1.在分析飞机零件内部缺陷时，工业CT 技术可利用3D 图像、数据报表等形式，详细地标记、记录飞机零件的缺陷检测结果。在飞机内的复杂零件、复合材料、内部结构的缺陷检测中，工业CT 可以对缺陷进行定量检测，获得完整的缺陷尺寸信息。比如飞机中树脂基、碳/碳、陶瓷基等复合材料，以及飞机内的蜂窝结构、整体结构、不可拆结构，都可以通过工业CT 技术进行缺陷检测。基于工业CT 技术，飞机维修人员能够快速地对缺陷信息进行分析，准确地评估飞机故障原因[4]。
2.工业CT 技术可以依据缺陷尺寸的测量，在修理飞机装配件前定位、诊断飞机故障诊断，并在故障修理后进行质量检测。比如对于飞机内部的航空印刷电路板、电器元件、不可拆卸的飞机部件等，其缺陷分析、修理的难度较大，工业CT 直接通过无损检测，对相关器件的故障缺陷尺寸进行测量，是新时期飞机航空产品维修的技术支撑。
3.基于工业CT 技术，相关人员可在飞机修理时，检测飞机上关键结构的装配部件，排查焊接、螺钉装配等质量缺陷。尤其是在飞机系统调试、地面维修时，工业CT 可以在疑似故障的争议中及时提供可靠的检测数据，尺寸缺陷测量内容包括飞机关键部件的安装间隙、有无变形、是否存在位移情况、其他缺陷等。检测流程是：首先确认飞机维修、质量检测的零件、元器件、装配件、成品件、复合材料；
其次用工业CT 检测系统放快速扫描被检主体；
最后生成可整体透视的直观图像及其任意面的剖视图像，由专业飞机维修人员分析缺陷。
4.2 逆向测绘检测
工业CT 技术能够针对飞机中的“高精度公差件”、飞机机械类产品、飞机零件、飞机装配件进行逆向测绘，使维修人员根据逆向测绘结果，建立3D 模型，并在飞机检修时通过设计恢复的方式，获取修理标准、分析故障原因，制定更合理的修理方案。在飞机修理中，工业CT 的主要功能是通过逆向测绘，快速进行原型制造、3D 打印制造、数字化维修，分析飞机修理过程中设备故障、缺陷的有限元，并联合CAD/CAM 软件对相关设备进行改进设计，控制设备故障、解决缺陷问题[5]。
具体来说，飞机修理过程中，相关主体可基于工业CT 技术的逆向测绘功能，驱动逆向工程系统对飞机设备、元器件进行修理。该系统一般由3 部分软硬件组成，分别为：
1.测量仪器、测量软件、工业CT设备、工业CT系统逆向建模VGstudio 软件。
2.逆向设计软件，即航空航天领域中的主流软件CATIAV5R16 和VGs-tudio。
3.计算机辅助软件，如CAD 制图软件、航空领域软件CATIAV5R16 共同组成的辅助制造系统。
工业CT 逆向工程系统的逆向测绘流程包括：确认飞机修理主体→放置测量设备→计算机系统快速扫描→再现修理区域的3D 模型→以3D 立体图像输出图像信息→CATIAV5R16、VGs-tudio 等软件重建模型。在此过程中，工业CT 技术的主要作用是采集飞机修理主体的数据信息，处理相关数据，重构检修模型等。但是由于飞机内部结构、机械零部件、电子产品逆测时，相关主体的形状、尺寸、材质、检测精度要求不同，在CT 扫描后建模时，还应灵活调整工业CT 的逆向测绘流程。
4.3 故障检测分析
对于飞机修理中的复杂构件、异形件，其尺寸测量是构件修理的基础工作，但常规卡尺仅适用于形状简单、测量方便的飞机构件。而工业CT 系统能够测量复杂构件、异形件的拟合线、平面尺寸，比如在球体、圆锥、圆柱的飞机构件测量时，工业CT 可布设多个采样点，高精度的测量构件尺寸，了解其内部结构，获取足够的测量数据。
同时可作为传统接触式测量的补充方式，使飞机维修尺寸测量覆盖整个飞机结构，准确地分析飞机零件的壁厚、测量飞机内橡胶制品的尺寸，基本的测量流程是：确认被测物品→布设工业CT 测量装置→计算机快速扫描→建立3D 立体→测量尺寸。但是在选择工业CT 测量设备时，飞机修理人员还应依据待测零部件的实际尺寸、构造形式，选择适合的工业CT 设备，使工业CT 的穿透率、空间和密度分辨率、图像清晰度、尺寸测量精度符合该零部件尺寸测量的要求，且单一的尺寸测量、缺损测量、故障检测适用的工业CT 设备具有一定差异性，需要结合飞机修理需求选择设备。
4.4 复合材料检测
现阶段，工业CT 射线源焦点尺寸达到了纳米级别，可以在飞机修理中提供高分辨率的图像信息。因此，在飞机制造中广泛应用复合材料的今天，工业CT 可以对飞机内短纤维、玻璃纤维、碳纤维等复合材料进行高分辨率扫描，让修理人员了解飞机结构中各类复合材料的分布信息、缺陷特征、尺寸信息，并对设备故障进行定量定性。
比如在碳纤维复合材料检测中，工业CT 系统所生成的3D CT 图像，能够让修理人员分别从X 轴、Y 轴、Z 轴查看被测物体的截面成像，观察飞机试件内的微结构、其他数据信息。在修理航空复合材料制成的“飞机涡轮叶片”时，工业CT 可以用3D 图像，使维修人员查看叶片内部孔隙，计算孔隙率大小、缺陷大小，并观察切片图像，局部放大后掌握叶片的受损情况，制定飞机叶片的维修计划。
4.5 腐蚀缺陷检测
飞机修理活动中，腐蚀缺陷检测是飞机无损检测的疑难点，为明确工业CT 在飞机腐蚀缺陷修理中的价值，相关人员基于飞机腐蚀缺陷的特征，以飞机常用的2A12 铝板为核心，制作了飞机腐蚀试件，模拟飞机结构面的腐蚀、腐蚀裂纹缺陷，并用工业CT 对试件进行无损检测。试件规格为长150mm×宽80mm×高1.5mm 的2A12 铝板，铝板上为人为制造腐蚀缺陷。分别为半径9mm，深度0.5mm 的圆形腐蚀缺陷、长为22mm、深为0.9mm 的直线腐蚀缺陷。
应用工业CT 系统扫描后，用计算机依据扫描数据重建3D 图像，获取该试件的截面图像，为保证显示效果，可利用专业的图像处理软件锐化图像，增强其边缘。在工业CT 系统中，修理人员可以清楚地查看图像上试件的直线腐蚀缺陷、圆形腐蚀缺陷，表示工业CT 在飞机修理中同样能够用于检测飞机表面缺陷、裂纹、腐蚀缺陷。
不仅如此，通过对比工业CT 系统显示的圆形腐蚀缺陷、直线腐蚀缺陷图像，修理人员可通过观察其腐蚀深度的方式，评估缺陷的严重性，确保缺陷检测结果的完整性，甚至能够直接判定腐蚀缺陷深度，确定缺陷位置。相较于传统的涡流检测、超声检测、红外线检测技术，工业CT 在检测飞机设备、零件的内部腐蚀，以及飞机表层腐蚀上有着明显的技术优势，可以为飞机修理人员提供高精度的检测数据，且检测结果非常稳定，同时可以满足检测主体的断层扫描要求，使修理人员按照不同断层图像的差异性，准确计算腐蚀面积，测量腐蚀深度，制定可靠的修理方案。
综上所述，工业CT 技术是飞机修理过程中的先进检测手段，可以通过显示飞机零件、故障点的CT 图像，为维修人员提供更可靠的资料信息，使其排查飞机故障的原因，高效处理飞机设备的故障问题。同时能够详细地修理飞机设备内部的缺陷，保证飞机修理精度、修理质量，改善飞机、飞机设备的运行条件。因此，航空航天领域还应正视工业CT 技术的价值，做好工业CT 的应用推广、维修技术研究工作。
猜你喜欢 复合材料尺寸飞机 飞机失踪环球时报(2022-05-30)2022-05-30浅谈现代建筑中新型复合材料的应用建材发展导向(2022年2期)2022-03-08CIIE Shows Positive Energy of Chinese EconomyChina’s foreign Trade(2021年6期)2021-12-26“拼座飞机”迎风飞扬当代陕西(2019年11期)2019-06-24民机复合材料的适航鉴定纤维复合材料(2018年3期)2018-04-25D90:全尺寸硬派SUV汽车与新动力(2017年3期)2017-06-29乘坐飞机作文周刊·小学一年级版(2017年9期)2017-06-20神奇飞机变变变小学生导刊(低年级)(2016年8期)2016-09-24佳石选赏中华奇石(2015年7期)2015-07-09佳石选赏中华奇石(2015年5期)2015-07-09