大型運(yùn)輸機(jī) 飛機(jī)PPT模板

1、紅外熱成像技術(shù) 紅外熱成像技術(shù)是一種通過外加激勵(lì)獲得零件表 面溫度場(chǎng)分布，并從熱像圖中提取零件損傷信息的 無損檢測(cè)技術(shù)，它具有快速、實(shí)時(shí)、非接觸等優(yōu)點(diǎn)， 研究和應(yīng)用前景廣闊。 原理 溫度在絕對(duì)零度以上的任何物體，都會(huì)因自身分 子運(yùn)動(dòng)輻射出紅外線。當(dāng)被檢測(cè)的零件存在損傷或 殘余應(yīng)力等不均勻結(jié)構(gòu)時(shí)，損傷部位輻射出的紅外 線就會(huì)有所不同，導(dǎo)致零件表面溫度場(chǎng)不均勻。利 用紅外熱像儀，記錄零件的熱像圖，根據(jù)熱像圖的 特征，對(duì)零件表面溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，就可識(shí)別零件 損傷的位置、大小、形狀等。 熱像儀測(cè)溫的特點(diǎn) 熱像儀探測(cè)的是物體自身輻射， 而且常用波段是 35m 或812m，波長(zhǎng)遠(yuǎn)長(zhǎng)于可見光。這就決定了紅

2、外熱像儀為實(shí)時(shí)表面溫度測(cè)量提供了有效、快速的方法。 與其他測(cè)溫方法相比，熱像儀具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但紅外 熱像儀測(cè)溫并不是直接測(cè)量的，它是靠探測(cè)器接收到的 輻射來測(cè)溫的， 然而紅外探測(cè)器接收的輻射并不完全是 目標(biāo)的輻射，還包含目標(biāo)對(duì)周圍環(huán)境輻射的反射輻射以 及目標(biāo)與探測(cè)器之間的大氣輻射，這些輻射經(jīng)過大氣衰 減最后到達(dá)探測(cè)器，因此熱成像儀測(cè)溫將受到被測(cè)表面 的輻射率、反射率(或吸收率)、環(huán)境溫度、大氣溫度、 測(cè)量距離和大氣衰減等因素的影響，這直接影響了紅外 熱像儀測(cè)溫的準(zhǔn)確性，也影響了熱成像儀在一些領(lǐng)域中 的應(yīng)用。 紅外熱成像系統(tǒng)由激勵(lì)、控制、采集、處理單元和熱 成像儀組成。一般情況下，由控制單元控

3、制激勵(lì)源加熱 被檢測(cè)零件，熱像儀采集零件表面的溫度場(chǎng)分布，并將 其傳輸?shù)讲杉瘑卧?，再?jīng)采集單元傳輸?shù)教幚韱卧M(jìn)行 處理。通過處理，對(duì)零件是否存在損傷，以及損傷的性 質(zhì)等給出結(jié)論，根據(jù)結(jié)論對(duì)零件進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的修復(fù)， 將損失減少到最小。紅外熱成像技術(shù)存在很多優(yōu)點(diǎn)，例 如無需接觸、可實(shí)時(shí)獲得直觀的檢測(cè)結(jié)果、測(cè)量速度較 其他方法快、測(cè)溫范圍很廣等，具有廣闊的應(yīng)用前景。 紅外熱像技術(shù)分類 根據(jù)熱像儀與加載源的位置關(guān)系, 將探測(cè)方式劃為透 射式和反射式, 兩種方式的裝置。根據(jù)信息處理方式 和顯示方式不同可以分為實(shí)時(shí)溫度顯示法、脈沖幅 值顯示法和脈沖相位顯示法。 紅外熱像檢測(cè)方法按引起溫差的方式分為主動(dòng)式

4、(active)和被動(dòng)式(passive)。主動(dòng)紅外熱像檢測(cè)是指對(duì) 被測(cè)目標(biāo)通過加熱注人熱盆, 使被測(cè)目標(biāo)失去熱平衡, 不需要使其內(nèi)部溫度達(dá)到均勻穩(wěn)定狀態(tài), 而在它的內(nèi) 部溫度尚不均勻、具有導(dǎo)熱過程中進(jìn)行的紅外檢測(cè)。 被動(dòng)紅外熱像檢測(cè)是利用被測(cè)目標(biāo)的溫度與周圍環(huán) 境溫度不同的條件, 在被測(cè)目標(biāo)與環(huán)境的熱交換過程 中進(jìn)行的紅外檢測(cè)。目前常使用主動(dòng)式加熱方法。 在主動(dòng)式紅外檢測(cè)技術(shù)中，激勵(lì)方式具有決定性的 關(guān)鍵作用，外部光學(xué)激勵(lì)、內(nèi)部超聲振動(dòng)及電磁感 應(yīng)激勵(lì)是三種主要的激勵(lì)方式。外部光學(xué)激勵(lì)由于 獲取方便使用最廣泛；超聲振動(dòng)激勵(lì)通過外部振動(dòng) 在缺陷處產(chǎn)生摩擦或彈性波轉(zhuǎn)換為熱量；電磁感應(yīng) 激勵(lì)適用于

5、導(dǎo)電體檢測(cè)，是一種“內(nèi)源”式激勵(lì)方 法，三種激勵(lì)方式的比較見表 1.1。從激勵(lì)調(diào)制形式 方面看，有階躍調(diào)制、鎖相調(diào)制、脈沖調(diào)制等。 脈沖紅外熱成像技術(shù) 其探測(cè)原理是：以脈沖加熱為熱源，在被測(cè)零件中形成熱 流傳播過程，由于物體中存在損傷的區(qū)域必然與無損傷的區(qū) 域熱傳導(dǎo)率不同，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的表面溫度不同。 脈沖紅外熱成像技術(shù)集光、機(jī)、電于一體，可廣泛應(yīng)用于 航空航天、機(jī)械、石化等領(lǐng)域，具有非接觸、快速實(shí)時(shí)、無 需耦合等優(yōu)點(diǎn)，能直觀地得到檢測(cè)結(jié)果，可以一次探測(cè)較大 的面積，是零件損傷檢測(cè)中的一種前沿的檢測(cè)技術(shù)。 脈沖熱像法索然簡(jiǎn)單, 但存在以下不足: （1） 缺陷探測(cè)深度有限而且溫差小。 （2）對(duì)熱

6、源的均勻性要求甚高。 超聲紅外熱成像技術(shù) 超聲紅外熱成像技術(shù)是將超聲技術(shù)和紅外技術(shù)結(jié)合起來， 得到的混合型超聲紅外熱成像系統(tǒng)。其相比脈沖紅外熱成像 技術(shù)，在熱成像方面相差不大，主要的差別來自激勵(lì)源。超 聲紅外熱成像技術(shù)是將超聲波脈沖發(fā)射到樣品中，通過聲能 在樣品中衰減而轉(zhuǎn)化成的熱能來進(jìn)行檢測(cè)。零件的疲勞損傷 等會(huì)使得其與鄰近區(qū)域的彈性性質(zhì)不同，導(dǎo)致聲衰減及其產(chǎn) 生的熱比正常區(qū)域的多，零件損傷的部位溫度升高，同時(shí)損 傷區(qū)域比無損傷區(qū)域熱流量小，使得其熱擴(kuò)散比相鄰區(qū)域少， 兩個(gè)方面的綜合作用使零件損傷部位在熱像圖上表現(xiàn)出異常。 通過觀察紅外熱像儀記錄下的溫差，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)分析、對(duì) 比等處理方式，獲

7、得零件損傷的種類、位置、形狀等信息， 即可達(dá)到無損檢測(cè)的目的。 超聲紅外熱成像技術(shù)相對(duì)于采用其他電光源對(duì)被測(cè)零件表面 加熱的檢測(cè)方法而言，靈敏度得到顯著提高。與傳統(tǒng)的超聲 檢測(cè)方法相比，超聲紅外熱成像技術(shù)可以對(duì)樣品的亞表面區(qū) 域進(jìn)行靈敏的檢測(cè)，能夠有效地檢測(cè)出不同類型材料的表面 和近表面裂紋、淺層分層或脫粘等缺陷。除此之外，紅外熱 像儀的檢測(cè)面積比超聲換能器的面積大得多，能夠顯示較大 范圍內(nèi)物體瞬態(tài)的圖像，因此超聲紅外熱成像技術(shù)非常適合 于工業(yè)無損檢測(cè)方面的應(yīng)用，同時(shí)還適用于大型物體及復(fù)雜 形狀結(jié)構(gòu)的檢測(cè)?？偠灾暭t外熱成像技術(shù)具有較高 的檢測(cè)靈敏度和較大的檢測(cè)范圍，可快速可靠地完成大面

8、積 檢測(cè)工作。其不足之處則在于需要較長(zhǎng)的掃描時(shí)間。 鎖相紅外熱成像技術(shù) 鎖相紅外熱成像的硬件系統(tǒng)主要由熱成像系統(tǒng)和鎖相設(shè)備 構(gòu)成，熱成像系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)自控程序獲得調(diào)制信號(hào)，同時(shí) 控制熱像儀和閃光燈。由鎖相設(shè)備控制激勵(lì)源發(fā)射出周期性 信號(hào)，對(duì)零件進(jìn)行加熱，熱像儀進(jìn)行記錄，從而得到零件表 面的溫度信息，再由計(jì)算機(jī)處理信息，從接收到的缺陷區(qū)域 和非缺陷區(qū)域的信號(hào)中提取特定頻率的信號(hào)。因存在缺陷， 故這兩個(gè)信號(hào)存在相位差和幅值差，由分析幅值差和相位差 入手，可得到缺陷信息。總體上講，鎖相調(diào)制紅外熱成像技 術(shù)彌補(bǔ)了脈沖紅外熱波成像技術(shù)的不足，既能檢測(cè)缺陷形狀， 也能檢測(cè)缺陷深度，改善了紅外熱成像抗噪聲干

9、擾能力，提 高了檢測(cè)靈敏度。 超聲鎖相紅外熱成像技術(shù) 將超聲紅外熱成像技術(shù)和鎖相紅外熱成像技術(shù)結(jié)合起來，保 留了兩種方法各自的優(yōu)點(diǎn)，采用超聲波作為激勵(lì)源，同時(shí)應(yīng) 用鎖相技術(shù)處理超聲波。該技術(shù)采用經(jīng)方波調(diào)制幅值的超聲 波作為激勵(lì)源，使得在缺陷處產(chǎn)生的熱流也呈周期性變化， 熱流的傳導(dǎo)使表面溫度也呈周期性變化，通過分析溫度變化 的相位圖和幅值圖，得到零件的損傷信息。該技術(shù)在對(duì)零件 損傷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，將調(diào)幅超聲波注入零件，由于機(jī)械損耗效 應(yīng)或摩擦作用在零件缺陷處的超聲波產(chǎn)生熱量，在零件表面 形成變化的溫度場(chǎng)，同時(shí)紅外熱像儀記錄對(duì)零件表面的溫度 場(chǎng)，提取表面溫度變化的幅值和相位信息，通過比較損傷區(qū) 域和無

10、損傷區(qū)域的溫度變化相位圖和幅值圖，對(duì)零件的損傷 進(jìn)行判斷。 民航飛機(jī)中的應(yīng)用 由鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制成的飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼存在的缺陷主 要包括間隙型缺陷、緊貼型缺陷、弱膠接和芯子缺陷等。 目前實(shí)際檢測(cè)中遇到最多的是飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)的脫粘缺陷、 腐蝕損傷和焊接鉚接損傷。Kuo 等用紅外熱成像技術(shù)對(duì) 脫粘缺陷進(jìn)行檢測(cè)，比較和識(shí)別了損傷特性，對(duì)試件粘 接質(zhì)量做出快速有效的檢測(cè)。李慧娟等用法國(guó)CEDIP 公 司生產(chǎn)JADE 型紅外熱成像系統(tǒng)及其配套軟件檢測(cè)了鋁 蒙皮蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，認(rèn)為飛機(jī)鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)可用脈沖 或鎖相調(diào)制紅外熱成像技術(shù)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，不僅能檢測(cè) 飛機(jī)鋁蜂窩結(jié)構(gòu)的脫粘缺陷，也能檢測(cè)粘接不良的缺陷。 飛

11、機(jī)蒙皮損傷大致有沖擊損傷、疲勞損傷、腐蝕損 傷、粘接損傷、焊接損傷和鉚接損傷等。主動(dòng)紅外 熱成像技術(shù)對(duì)飛機(jī)蒙皮及其蒙皮下比如加強(qiáng)筋損傷 開裂的檢測(cè)可以取得有效的檢測(cè)結(jié)果，并且還能對(duì) 損傷做定量分析，比如損傷深度、銹蝕程度以及能 區(qū)別是積水還是滲漏的液壓油等。 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的故障檢測(cè)是發(fā)動(dòng)機(jī)安全檢測(cè)的重 要環(huán)節(jié)，主要包括熱障涂層損傷、冷卻通道堵塞和裂紋 檢測(cè)三個(gè)方面。采用熱風(fēng)作為激勵(lì)源對(duì)正常葉片和故障 葉片對(duì)比測(cè)試，可確定熱障涂層損傷情況; 采用高能氙 燈對(duì)葉片進(jìn)行熱激勵(lì)，熱像儀高速記錄葉片表面的瞬態(tài) 溫度變化，通過熱圖像重構(gòu)葉片內(nèi)部溫度場(chǎng)，可判斷葉 片內(nèi)部通道是否發(fā)生堵塞; 采用低頻高能

12、鎖相超聲為熱 激勵(lì)源，利用紅外熱像儀對(duì)比測(cè)試正常葉片和故障葉片 的熱圖，可判斷故障葉片的裂紋形態(tài)與深度。 飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、起落架和內(nèi)部零部件等結(jié)構(gòu)的裂紋檢測(cè)是主動(dòng) 紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)。從目前應(yīng)用情況看，脈沖加熱、鎖 相超聲加熱、微波加熱等主動(dòng)紅外熱成像技術(shù)都可應(yīng)用于飛機(jī)部 件裂紋檢測(cè)，主動(dòng)紅外熱成像技術(shù)對(duì)飛機(jī)蒙皮的疲勞裂紋、鑄鋁 引擎外殼的裂紋、鋼曲軸的裂紋、銅焊裂紋、蒙皮下加強(qiáng)筋裂紋 等各種表面裂紋進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果都很成功。只要超聲發(fā)射頭設(shè)計(jì) 得當(dāng)，超聲加熱紅外熱成像技術(shù)可對(duì)飛機(jī)起落架旋轉(zhuǎn)臂、螺栓孔 等承力結(jié)構(gòu)疲勞裂紋或應(yīng)力裂紋檢測(cè)并能給出早期報(bào)警。另外對(duì) 一些小而精密裂紋目標(biāo)，比如飛機(jī)鈦合金中20 m 長(zhǎng)的裂紋、飛 機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)槳葉上的裂紋和飛機(jī)機(jī)翼上5 cm 長(zhǎng)的裂紋，美國(guó)韋恩州 立大學(xué)制造研究所用超聲加熱紅外熱成像技術(shù)對(duì)它們都進(jìn)行了成 功測(cè)試并且得到較好的研究結(jié)果。 在飛機(jī)維修中，腐蝕所造成的成本消耗最大，并大大降低了飛機(jī) 的有效工作時(shí)間，特別是老齡飛機(jī)腐蝕危及飛機(jī)安全，對(duì)其檢測(cè) 非常重要。脈沖紅外熱成像技術(shù)很適合于飛機(jī)大面積隱藏腐蝕檢 測(cè)，1998 年，Thomas研究了脈沖加熱紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī) 蒙皮上緊固件周圍腐蝕檢測(cè)，所得腐蝕熱圖清晰明確