飞机铆接件隐藏缺陷的远场涡流检测探头优化与试验

远场涡流检测技术因检测深度深和检测结果可靠性高等诸多优点适合飞机多层金属铆接构件的快速检测。针对飞机铆接件铆钉孔沿边隐藏裂纹的原位检测，建立了多层金属铆接构件隐藏缺陷平面远场涡流检测有限元模型，对激励线圈内径、磁路结构以及屏蔽阻尼进行了仿真优化，研制了激励线圈和检测线圈均带组合屏蔽结构的传感器，采用激励-检测线圈环绕铆钉旋转扫描的方式，研究多层金属铆接构件铆钉孔沿边隐藏裂纹信号特征。仿真与试验结果表明：罐形磁芯聚磁效果是柱形磁芯的1.85倍，采用铝+铜组合屏蔽罩能够将远场区提前10 mm，检测线圈位于缺陷正上方时，检测信号的幅值和相位存在极大值，且极大值随着缺陷埋深的增加逐渐下降，研究成果可望用于指导飞机多层金属铆接构件的工程检测实践。     

航空发动机涡轮叶片裂纹的阵列涡流检测仿真

阵列涡流检测技术因检测范围大和适应性强等诸多优点适合航空发动机涡轮叶片的快速检测。本文建立了发动机涡轮叶片裂纹阵列涡流检测的有限元模型,研究涡轮叶片的叶盆和叶背两种曲面下阵列涡流传感器的检测信号特征。仿真结果表明:当涡流探头与叶身的提离距离不变时,检测线圈的感应电动势随凸面、平面和凹面的次序逐渐增加;检测纵向裂纹时检测线圈电动势敏感度可达激励线圈的12.5倍,其电动势波峰和波谷的距离可表征纵向裂纹的长度且误差小于1.0mm,而横向裂纹深度也与检测线圈电动势的波谷幅值成单调递减关系,仿真结果可望用于指导发动机涡轮叶片的工程检测实践。     

飞机铆接构件PRFECT探头的线圈夹角影响

远场涡流检测技术不受集肤效应影响,对金属铆接构件隐藏缺陷检测具有巨大优势。针对飞机金属铆接构件的远场涡流检测,建立了铆接构件隐藏缺陷检测三维模型,分析不同屏蔽阻尼材料及组合方式的屏蔽性能,采用激励线圈与检测线圈均环绕铆钉旋转的检测方法,对比激励线圈-铆钉-检测线圈夹角为90°、135°和180°时缺陷检测灵敏度,研究不同缺陷尺寸检测信号特征。仿真与试验结果表明：当屏蔽阻尼为铝+铜时具有最佳屏蔽性能,且远场区距离激励线圈中心最近;当激励线圈和检测线圈间距为30 mm时,激励线圈-铆钉-检测线圈夹角为180°时检测效果最佳;优化后的探头可检测埋深为6 mm、长×宽×深尺寸为5 mm×0.2 mm×1 mm的铆接构件隐藏缺陷,缺陷信号幅值与其体积当量关系相对应,且随缺陷长度及深度的增加呈上升趋势。     

阵列涡流传感器互感信息三维有限元仿真

阵列涡流传感器能够实现导电材料的大面积高速扫描。通过测量线圈间的互感,可获取更多的缺陷信息。利用ANSYS有限元软件对同一深度不同长度的裂纹进行三维仿真,得到了相应的阵列涡流线圈感应电动势幅值和相位变化曲线。仿真结果表明探头线圈间的互感可提供裂纹大小和位置等有用信息。     

热障涂层无损检测技术进展

热障涂层(TBC)是航空航天发动机涡轮叶片的主要防护材料,对其进行表面裂纹缺陷和界面脱粘缺陷的无损检测具有重大意义.对热障涂层的传统检测方法(如渗透检测、涡流检测、超声或超声显微检测等),以及新型红外热成像方法在内的无损检测方法进行了介绍和归纳,重点介绍了光激励、涡流激励和超声激励3种主动式红外热成像无损检测技术.其中,对激光扫描热成像法进行了详细介绍,该方法具有非接触、操作简单、灵敏度高、全场范围内检测快速的优点,能够实现宽度为10μm以上的裂纹和直径为1mm以上脱粘缺陷的无损检测;透射式涡流热成像具有识别小于1mm脱粘缺陷的能力.     

飞机高锁螺栓孔边缺陷阵列远场涡流传感器仿真与试验

飞机高锁螺栓孔边隐藏缺陷的检测是航空无损检测领域中的难点,远场涡流检测技术不受集肤效应影响,对飞机高锁螺栓紧固件孔边隐藏缺陷检测具有极大优势。针对飞机高锁螺栓紧固件孔边缺陷的检测,设计研发了放置式阵列远场涡流传感器,建立了高锁螺栓孔边隐藏缺陷检测三维模型,优化了检测线圈中心与高锁螺栓中心放置距离,研究了阵列相邻通道间磁场薄弱区缺陷信号衰减趋势,采用阵列放置式的检测方式研究了不同尺寸缺陷检测信号特征。仿真与试验结果表明：检测线圈中心与高锁螺栓中心距离11 mm时检测灵敏度最佳;相邻通道间磁场薄弱区检测信号存在一定程度上的衰减,优化后的探头可检测埋深为4 mm、长×宽×深为5 mm×0.2 mm×2 mm的紧固件孔边隐藏缺陷,且随缺陷长度增大检测信号幅值呈上升趋势。     

增减材复合制造内部缺陷的涡流检测

涡流检测（ECT）技术具有非接触、无需耦合剂、检测灵敏等特点，适用于加工环境较为特殊的增减材复合制造（ASHM）中。本文建立了无缺陷半无限大试样内部涡流分布的解析模型，开展了预制人工缺陷的钛合金增材试样检测实验，研究了ECT深度与激励频率、提离量之间的关系。理论分析与实验结果均表明，内部缺陷较深时，低激励频率条件下缺陷产生的电抗增量信号较大，不同提离量下的电抗增量信号相差不大，因此检测位置较深的内部缺陷时可采用较低的激励频率并适当提高提离量。在本文实验条件下，ECT最佳激励频率为90 kHz；提离量增加到0.97 mm时，有效检测深度略有减小。这一结论可为ECT技术与ASHM的集成提供理论依据。     

铝合金激光超声表面检测中EMAT接收性能对比

在铝合金板材激光电磁超声换能器（Laser-EMAT）瑞利波（RW）检测中，曲折线圈EMAT、线性线圈面内EMAT和线性线圈面外EMAT常被应用于接收超声波，但是这3类EMAT的接收性能和应用场合尚不明确。为此首先建立铝合金Laser-EMAT RW检测过程的有限元模型，分析了3类EMAT配置形式对接收RW、横波和纵波等模式超声波能量的影响；其次研究了表面约束机制对RW幅值及其纯度的影响，探讨了3类EMAT的表面缺陷检测能力；最后制作了3类EMAT探头进行铝合金板材Laser-EMAT的RW检测实验，分析了表面约束机制对3类EMAT接收的各模式超声波幅值和表面缺陷检测能力的影响。结果表明：与线性线圈面内EMAT相比，曲折线圈EMAT和线性线圈面外EMAT接收的RW纯度更高，更适合表面缺陷检测；线性线圈面内EMAT接收到的多模式超声波明显，更适合同时检测表面/内部缺陷；与无表面约束机制相比，采用表面约束机制可将3类EMAT接收到的RW幅值增强2倍以上，其中对曲折线圈EMAT的RW幅值的增强作用最明显，且与无表面约束机制的激光-线性线圈面内EMAT相比，含表面约束机制的激光-线性线圈面外E...     

薄壁扁平不锈钢管的涡流检测工艺

针对航天专用不锈钢薄壁扁平管涡流检测过程中存在的工艺难题,通过分析管材扁平成型工艺特点,采用涡流检测线圈的等效填充系数计算方法,结合涡流分布特性制作异型外穿过式涡流检测线圈,根据型面检测灵敏度差异制定合理的检测工艺,有效实现了不锈钢薄壁扁平管的涡流检测。通过破坏性试验及飞行试验,对检测工艺的可靠性进行了验证。该检测工艺已成功应用于各型号不锈钢薄壁扁平管的涡流检测中。     

吸波涂层缺陷的锁相法红外检测

利用有限元仿真和试验研究相结合的方法,对方形和圆形模拟缺陷的吸波涂层试件开展检测研 究。从而探索红外锁相热波技术检测吸波涂层内部缺陷的参数范围和检测能力。研究结果表明,通过有限元 仿真分析为检测试验提供理论依据,使用5 ~10 mHz 调制频率的锁相法可有效检测到3 mm×3 mm 面积当量的 缺陷,缺陷处的相位比无缺陷处的相位滞后,并且缺陷面积越大,相位滞后越大。     

基于NACA3505翼型叶片的CFD研究

轴流风机作为空冷发电机的重要部件,直接影响到发电机的冷却效果,进而影响到发电机的稳定运行和效率。在满足某型号风机原有设计要求的条件下,通过NACA3505翼型,设计新的空间扭曲叶片模型,并对整个轴流风机进行全流道数值模拟计算。计算结果与原型叶片进行比较,经过分析表明,相对原型叶片,叶片背面的压力分布较为合理,涡流附面层较薄,涡流脱离强度减小,叶片前缘端没有出现大的涡流,后缘亦未出现涡流．不仅提高了全压效率,而且扭矩减小,风机的耗功率低：     

扩压叶栅角区-吸力面造型设计及流动控制机理

通过数值模拟,分别针对扩压叶栅的设计工况与角区失速工况进行叶身/端壁融合与吸力面优化造型设计,分析其流场结构与性能的变化,并探究两种优化造型对压气机性能改善的机理。优化结果表明:在设计工况下,优化造型吸力面凹陷,使得吸力面附面层厚度变薄,最大端壁融合位置靠近尾缘,角区低能流体在压力梯度的作用下转移并减少,分离结构得到明显控制,损失降低;在角区失速工况下,优化造型吸力面凸起,最大端壁融合位置靠近前缘,使得前缘分离结构显著减弱,当流体在进入吸力面前缘时提前附着,前缘分离区减小甚至消失,损失降低。根据两种造型流场结构特点与控制机理,可构造出在多工况下具有显著作用的叶身-端壁融合造型。     

基于曲率分布控制的叶型前缘设计方法

为了实现对压气机叶片的优化,提出了一种基于曲率分布控制的前缘造型方法,实现了对叶型前缘曲率的直接、精确控制。将该造型方法应用于某工业级压气机的可控扩散叶型（CDA）上,通过数值仿真方法计算了叶型在设计来流马赫数下的全攻角工况性能。结果显示增加前缘曲率能有效拓宽许用攻角范围,减小尖峰扩散因子,在相同攻角下能削弱前缘吸力峰,抑制甚至消除前缘分离泡,避免提前转捩的发生。同时,调整曲率分布使其在靠近前缘点处尽可能"饱满"、减缓曲率下降速度,也有同样的效果。理论分析发现前缘曲率通过调整静压分布影响边界层发展起始流态,从而影响叶型性能。设计前缘几何形状时需要确保曲率连续性,调整曲率分布以减小前缘吸力峰的强度,避免分离诱导转捩的出现。     

压气机动静叶干扰的非定常流动特性

采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法计算动叶尾迹对静叶干扰的流场信息。利用涡量分布揭示动叶尾迹在静叶通道内的演化过程,利用压力梯度识别激波结构及波振源,运用动力学模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)方法对静叶通道内流场的时空结构进行模态分解。结果表明:流场中存在3处波振源,分别位于动叶尾缘、静叶前缘和静叶尾缘处;发现静叶通道内流场的频谱具有多峰值现象,模态分解的第1阶流动代表动叶尾迹在通道内随时间迁移,对应频率为动叶通过频率(blade passing frequency,BPF)是通道内旋涡非定常波动的主导频率;第2阶流动是动叶通过频率的2倍频流动,旋涡的空间尺度为1阶模态的1/2,为更小尺度的扰动。      

压气机叶片前缘形状的改进设计

本文使用数值模拟方法研究了压气机叶片前缘形状对叶片气动性能的影响。来流环绕圆弧形前缘表面发生过度膨胀形成吸力峰; 当来流湍流度和雷诺数较低时, 会导致前缘层流分离。虽然椭圆形前缘可以减弱吸力峰, 提高叶片气动性能, 但是椭圆形前缘加工困难, 费用较高, 有鉴于此, 本文设计了易于加工的新型前缘形状—带平台的圆弧形前缘, 它可以明显减弱吸力峰, 达到与椭圆形前缘 (a/b=2)相近的改善叶片气动性能的效果。      

涡轮叶片前缘旋流-气膜复合冷却内部流动传热特征实验和数值模拟

为了提高涡轮叶片前缘的冷却效率,本研究提出了一种偏置冲击孔的旋流-气膜冷却结构。在20000～50000雷诺数范围内,对冲击孔居中和偏置分别开展实验研究和数值模拟,得到了两种结构的内部传热、流阻和流场特性。实验通过瞬态液晶热像技术获得前缘内表面的详细努塞尔数分布,并结合数值模拟的结果分析了流场特征,对强化换热的机理做出解释。实验结果表明：叶片前缘内部旋流使总体平均努塞尔数提高4.0%~9.4%,同时压力损失降低5.6%~6.4%。数值模拟结果表明,偏置冲击孔利用叶片前缘曲率较大的结构特性产生了强烈的旋流,使高换热区的面积显著增加,改善了内部换热的均匀性。     

玻璃纤维-铝锂合金层板机翼前缘结构的成型工艺研究

以机翼前缘典型件为成型目标,研究了玻璃纤维-铝锂合金超混杂复合层板(NFMLs)大曲率构件的自成形工艺。研究发现,自成形工艺可实现NFMLs机翼前缘等大曲率构件的成型,贴膜度高、厚度均匀性好、无显著分层缺陷、成型过程未形成较大的残余应力,为超混杂复合材料在飞机机翼蒙皮结构中的应用研究提供参考。