很少有像航空工业那样更能引起公众注意的。因而,当阿洛哈公司的243次航班在被掀去机身上部18英尺的一块外壳,于1988年4月28日在毛伊迪卡哈卢机场紧急迫降时,全世界为之一震。当这架已飞行了19年的波音737飞机以每小时330哩的速度飞行在2万4千英尺的高空时,突然猛烈地在客舱上方掀开一块。由于机舱内急剧的减压,使得一名空中小姐被抛出机外,并有61名乘客受伤。

围绕这一戏剧性空难事件的宣传提醒公众注意这样一个事实:美国的航空公司一直在使用着大量的旧飞机。这一事件也警告联邦政府和国会:到了重新评价检查和维修工作的时候了。全美国高度关注所迅速产生的反应就是:对开发新的检测手段应给予更大的支持,尤其是无损检测。

现在全美国的飞机使用年限约为12年,而这一数字因各公司的具体情况而有所不同。例如,东方航空公司平均使用年限约为14年,而德尔塔公司平均只有8.4年。而像阿洛哈公司的波音737使用了21年的飞机却很少见。由于新飞机售价一直在上涨而又有许多人乘坐飞机,美国的航空公司也许会继续使用旧飞机。与此相反,西德的汉莎公司平均5.1年就更换一次波音737飞机,而英国航空公司平均8年左右就将新飞机投入使用。

并不是旧飞机有什么问题,困难的倒是进行检测和保持其性能的这项工作本身。在对阿洛哈空难事件的总结中,美国国家运输安全委员会将该次事件归结于金属的疲劳和机壳的联结不牢。运输安全委员会认为,阿洛哈公司和波音公司过去对波音737飞机都未能进行令人满意的维修并解决存在的问题。

“裂缝一出现,东西就易碎”位于坎布里奇的运输研究和特种行业管理部的机械工程师斯 · 鲍勃(Stephen Bob)这样说道。航空公司常常要应付3种常见的飞机故障:腐蚀、裂缝和联结脱位。(联结在此的含义是特指将飞机迭盖的部分粘合上。)训练有素的工程技术人员通过肉眼的检查便能指出损伤的部位,这一直是最基本的检查方法,然而目前无损检测已扮演着更为重要的角色。

为了了解飞机检测及其技术的发展过程,弄清?下面的检修程序将是有益的。按照联邦航空局的规定,目前飞机必须经过相当严格的分级别检测。这些检查的时间安排要根据各个航空公司的具体情况而定,如它所使用的飞机的不同类型,维修设备的适用性及参加维修的工程技术人员的总数。联邦航空局实行临时的、未事先告知的检查方法,对航空公司的检测设备进行检查。

“一般来说,有4种维修程序。通常是指由A到D的检查”。位于西雅图的联邦航空局航空标准部飞机老化办公室干事弗雷德 · 杜瓦尔(Fred Duvall)介绍说。“A检查是对飞机一般设备的初步检查,维修人员用肉眼检查飞机上的明显损坏情况”。

“B检查是对飞机性能中间阶段和有效能力的检查”。杜瓦尔接着介绍说,对开关和警告灯进行测试,更换油过滤器等等。对于波音727飞机,这种检查平均612小时便进行一次。与此同时A检查也重复进行,如同进行C检查时同时策复A、B检查一样。“你必须经常地反复进行这种初级的检查。”

在C检查中,必须移开检修门和盖板以方便对油泵、电器等装置进行按指定标准的测试。例如,测试油泵的低压系统;对自动驾驶仪和甚高频无线电通讯装置进行检查。对波音727飞机的C检查,在使用3000小时后就得进行一次,也就是说,约一年进行一次。

“D检测是一种最大范围的、强化结构的检测”。杜瓦尔介绍说,飞机必须部分拆卸,这样内部结构才能作为一个整体结构进行仔细的检查。一些舱内设备得暂时移走,大多数盖板得打开。根据参加检查的人数来看,D检查持续的时间最短30天,最长可达3个月。航空公司在D检查上所耗费的金额,一般得超过50万美元。

引擎检查采用另一种程序进行,通常与机体检查同时进行。对于喷气式引擎来说,从启动到停止的重复次数是一个重要指标。

最后,联邦航空局发布了飞行性能条规,其中明确增加了对飞机连续飞行性能的重视。在阿洛哈空难事件后,发布的一项指令就是立即对737飞机进行检查。

在D检查或类似的检查中所进行的检测手段大多为无损检测。现已广泛采用的无损检测手段是:涡流、超声波和X射线分析。这些检测技术能够在某一时间内对非常小的区域范围进行测试,因此可以用于易产生裂缝和易被腐蚀部位的测试。例如,工作在200~300 KV高压的X射线探头可对驾驶舱的滑动窗边框的裂缝进行探测,而涡流技术一般被用来检查老化的垫圈。

涡流检测也可用一个笔形探头来检测裂缝,特别是内表面的损伤。探头带有一个可以产生出高频交流电的线圈。由交流电所形成的磁场可相应地在被测物质中形成涡流。因而探头不必接触被测表面,而被测部位的损伤将干扰进入的涡流,导致其通导性的降低。这样就改变了检测对象的阻抗。这种改变可以由探头上的次级线圈感应得到。

“探测的深度根据频率而定。”鲍勃说,对波音飞机0.039英寸(0.99 mm)厚的金属外壳和麦道公司DC-9型飞机0.050英寸(1.3 mm)厚的部件进行检测,所需的频率范围在20—500 KHz之间。涡流测试极限实际达到0.25英寸(6.4 mm)左右。

“而超声波没有什么厚度的限制,而显得更为有用”,鲍勃紧接着说,它可以探测被腐蚀的部位,在某些情况下,还能够探测粘接脱位的部位、向测试部位发射高频声脉冲,而反射回的信号速率则被测量到。被损伤及由于腐蚀而变薄的部位反射回的信号则会快一些。

以阿洛哈事件为开端,美国政府开始重新评价其检测工作。1988年美国国会通过了航空安全管理法令,这促使联邦航空局相应地制定了全国老化飞机管理条例。国会特令联邦航空局用于这方面的研究预算必须占长期规划的15%。

航空业首先以成立飞机性能保障工作组作出响应。该工作组负责检查与飞机老化有关的组织工作,成为飞行行业的权威。该工作组包括有美国和外国航空业的代表、飞机制造商、联邦航空局以及其它国家类似的机构、(美国)国家航空宇航局,还有军方的代表。该工作组已提出一项耗资8亿美元的维修计划用来维修老化的波音飞机。

国家航空宇航局在对全国范围内的旧飞机的彻底检查中发挥着卓有成效的作用。在联邦航空局的领导下,国家航空宇航局开发了新的检测手段。它在华盛顿的航空和空间技术办公室飞行材料计划主任托 · 克鲁克(Thomas Crooker)说:“目前看来最需要的是能够检查较大范围和探测各种故障的自动化技术”。航空工业要求飞机检测迅速而又经济。为了达到这个目的,国家航空宇航局打算重新研究无损检测技术,其中最有前途的一种便是热分析法。

该方法又有几种程序。最基本的一种是将飞机外壳加热,同时用温差灵敏度为0.1℃的红外线电视监视器监视测试部位,若出现异常的热气流就表明该部位有问题。对检查脱接的迭层表面,热分析法显得特别有用。而且,作为一种“投射”技术,它无须与飞机表面接触。国家航空宇航局已经使用这种技术来检查使用固体燃料得火箭发动机和航天飞机的碳——碳制动器。

在国家航空宇航局的Langley基地,研究人员正在精心研究一项新技术,该技术被该部无损检测技术分部负责人海曼(Joseph Heyman)称之为:“热检数据变换,而非仅为监视,我们可以指示它如何进行加热。 ”

海曼小组对大面积机身表面的热扩散进行模拟,然后决定哪种特性可以提供损伤的最大的反映信息。他们所研究的是如何选择和分析数据。他说:“对飞机涂漆是否均匀没有人会表示关心。”为此,他们的研究提供了更为准确的评定数据,这相应地可提供更为清晰的图像。海曼也提出了一些表明热分析同样也能检测腐蚀的原始数据。

另一种有前途的检测技术也正处于研究之中,它就是激光全息摄影术,它也能够探测大面积的粘接脱位。一个大面积的激光扫描器可以用来测量在外力作用下某一部位的脱位,不规则的膨胀就表明结构上有问题。

例如,就像飞行时的情形一样,给飞机机舱加压,机壳会因受压而膨胀0.1英寸(2.5 mm)左右(通常的机壳膨胀是造成金属疲劳的主要原因)。目前正在研究之中的激光技术可以检测到以高达50 KHz频率振荡的机身内、外表面小到0.1 um的错位。这种方法可以对金属的微小变形在未发展到成严重问题之前就加以解决,而且早期的检测可以降低维修费用。

另外,这个小组也一直在从事更多长期性的研究工作。其中,已公布的声波发射技术可用来检查像气压瓶和贮藏箱这样简单装置中出现的裂缝。改变其内部压力将会引起裂缝的产生和扩大,当裂缝扩大时,它就会产生可由声波传感器检测到的声波信号,该信号有待进一步处理。然而,该方法用在像喷气式飞机这样复杂的对象上将是很困难的。

对此,“我们正着眼于下一目标,即着力研究具有复杂结构的对象。”海曼说。国家航空航局的研究人员正在研究一种宽频带的传感器来取代窄频带的传感器,以防丢失一些重要的信息。然后,他们将传感器分散安插于被测试表面,使其成为一体。这样,在声波还未传播到较远的距离前,他们就可接收到声波信号。该种方式收集到的信号便于进行分析。

国家航空宇航局目前正在研究一种能够从收集的数据中获取更多信息的方法。一种可用作超声波分析的算法——最小误差去卷积法,它可用于实时工作并提供较好的分辨率。这种程序不仅能够检查正在采集的声波数据,而且能够从传感器记录的信息中得出加权因子,有了这种程序,超声波就可用来检测迭层表面。

国家航空宇航局同时也关注着疲劳检测的研究,该机构一直在对有争议的耐力测试技术进行评估,即有意对飞机加过载,以观察所出现的各种问题。飞机倘若未能通过像机壳过压测试这样的耐力检测,就不能投入使用。但是许多实际工作人员担心耐力测试实际上会破坏已确保能够进行正常飞行的飞机。宇航局计划在不久的将来公布耐力测试的评价结果。

当前,国会、联邦政府和广大公众对维修旧飞机抱有浓厚的兴趣,很明显,阿洛哈事件标志着航空工业的转折点。因该起事件引发并由美国开创的这种转变将波及到广泛的世界范围之中去。正如杜瓦尔所概括的那样:“美国已吹响了进军号。”

[Analytical Chemistry,第62卷第2期1990年1月15日]