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塞斯纳 T-303 Crusader 垂直尾翼飞行疲劳裂纹扩展监测 Eric v. K. Hill 1 和 Christopher L. Rovik 2
1 Aura Vector Consulting，3041 Turnbull Bay Road，New Smyrna Beach，FL 32168 2 Toyota Technical Center，8777 Platt Road，Saline，MI 48176 摘要 本研究涉及对 Cessna T-303 Crusader 双引擎飞机垂直尾翼疲劳裂纹扩展的飞行中监测。在实验室中对带凹槽的 7075-T6 铝制飞机槽梁支撑结构进行了周期性测试。在这些疲劳测试期间采集了声发射 (AE) 数据，随后将其分为三种故障机制：疲劳开裂、塑性变形和摩擦噪声。然后使用这些数据来训练 Kohonen 自组织映射 (SOM) 神经网络。此时，在 T-303 飞机垂直尾翼的肋骨之间安装了类似的槽梁支撑结构作为冗余结构构件。随后从初始滑行和起飞到最终进近和着陆收集 AE 数据。然后使用实验室训练的 SOM 神经网络将飞行测试期间记录的 AE 数据分类为上述三种机制。由此确定塑性变形发生在所有飞行区域，但在滑行操作期间最为普遍，疲劳裂纹扩展活动主要发生在飞行操作期间 - 特别是在滚转和荷兰滚机动期间 - 而机械摩擦噪声主要发生在飞行期间，在滑行期间很少发生。SOM 对故障机制分类的成功表明，用于老化飞机的原型飞行结构健康监测系统在捕获疲劳裂纹扩展数据方面非常成功。可以设想，在老化飞机中应用此类结构健康监测系统可以警告即将发生的故障，并在需要时而不是按照保守计算的间隔更换零件。因此，继续进行这项研究最终将有助于最大限度地降低维护成本并延长老化飞机的使用寿命。关键词：老化飞机，飞行中疲劳裂纹监测，Kohonen自组织映射，神经网络，结构健康监测 简介 飞机疲劳开裂 如今，飞机的使用寿命通常比汽车更长。这是由于许多因素造成的，包括飞机的成本、政府法规以及故障的严重后果。由于飞机的使用寿命预期如此之长，因此引发了许多问题。问题的主要根源可能是疲劳裂纹的存在和增长，这也是本研究的主题。修复疲劳裂纹造成的损坏的能力一直不是问题，但疲劳裂纹增长的检测和监测已被证明是一个真正的挑战。疲劳开裂是由于低于正常延展性金属的屈服强度的循环载荷导致的脆性断裂。裂纹尖端的高度集中应力导致在裂纹前方形成心形塑性变形区。该塑性区应变随着循环载荷而硬化，当金属的延展性耗尽时会断裂
塞斯纳 T-303 飞行中疲劳裂纹扩展监控...
1 Aura Vector Consulting，3041 Turnbull Bay Road，New Smyrna Beach，FL 32168 2 Toyota Technical Center，8777 Platt Road，Saline，MI 48176 摘要 本研究涉及对 Cessna T-303 Crusader 双引擎飞机垂直尾翼疲劳裂纹扩展的飞行中监测。在实验室中对带凹槽的 7075-T6 铝制飞机槽梁支撑结构进行了周期性测试。在这些疲劳测试期间采集了声发射 (AE) 数据，随后将其分为三种故障机制：疲劳开裂、塑性变形和摩擦噪声。然后使用这些数据来训练 Kohonen 自组织映射 (SOM) 神经网络。此时，在 T-303 飞机垂直尾翼的肋骨之间安装了类似的槽梁支撑结构作为冗余结构构件。随后从初始滑行和起飞到最终进近和着陆收集 AE 数据。然后使用实验室训练的 SOM 神经网络将飞行测试期间记录的 AE 数据分类为上述三种机制。由此确定塑性变形发生在所有飞行区域，但在滑行操作期间最为普遍，疲劳裂纹扩展活动主要发生在飞行操作期间 - 特别是在滚转和荷兰滚机动期间 - 而机械摩擦噪声主要发生在飞行期间，在滑行期间很少发生。SOM 对故障机制分类的成功表明，用于老化飞机的原型飞行结构健康监测系统在捕获疲劳裂纹扩展数据方面非常成功。设想在老化飞机中应用此类结构健康监测系统可以警告即将发生的故障，并在需要时而不是按照保守计算的间隔更换零件。因此，继续进行这项研究最终将有助于最大限度地降低维护成本并延长老化飞机的使用寿命。关键词：老化飞机，飞行中疲劳裂纹监测，Kohonen自组织映射，神经网络，结构健康监测 简介 飞机疲劳开裂 如今，飞机的使用寿命通常比汽车更长。这是由于许多因素造成的，包括飞机的成本、政府法规以及故障的严重后果。由于飞机的使用寿命预期如此之长，因此引发了许多问题。问题的主要来源，也是本研究的主题，可能是疲劳裂纹的存在和增长。修复疲劳裂纹造成的损坏的能力一直不是问题，但疲劳裂纹增长的检测和监测已被证明是一个真正的挑战。疲劳开裂是由于低于正常延展性金属的屈服强度的循环载荷导致的脆性断裂。裂纹尖端的高度集中应力导致在裂纹前方形成心形塑性变形区。该塑性区应变随着循环载荷而硬化，当金属的延展性耗尽时会断裂
什么是真空技术
技术行业向聊天机器人提问真空技术用于在低气压条件下进行的各种过程和物理测量。发生这种情况的原因有很多，包括去除可能引起反应的大气成分、破坏正常室温下的平衡、延长粒子行进距离以最大限度地减少碰撞以及减少分子撞击以防止表面污染。真空过程中允许的最大压力受单位体积分子数、平均自由程或形成单分子层所需时间等因素限制。在室温和正常大气压下，1 立方英尺的空气中约有 7 × 10^23 个分子高速运动。通常使用一柱汞的重量来表示大气压，一个标准大气压等于 760 毫米汞柱或 760 托。帕斯卡单位后来被采用为压力测量的国际单位，相当于 7.5 × 10^-3 托。真空技术的使用可以追溯到 20 世纪初的电灯泡制造和电子管生产。它使一些工艺能够取得优异的结果或实现在正常条件下无法达到的结果，例如镜片表面晕染和血浆制备。核能的出现带动了真空设备的大规模发展，其应用扩展到空间模拟、微电子等领域。人们已经开发出各种容量的产生、维持和测量真空的设备，从每分钟 1/2 到 1,000 立方英尺不等。单级泵的压力水平可低至 2 × 10^-2 托，双级泵的压力水平则低于 5 × 10^-3 托。泵从大气压到大约 1 托达到全速，然后在极限压力下转速降至零。双叶片泵采用偏心转子设计，适用于泵送液体和气体。另一种类型是旋转活塞泵，它类似于单叶片泵，但包含一个用作进气阀的空心叶片，当转子到达最高点时，叶片会关闭泵。极限压力水平受高压侧和低压侧之间泄漏的限制，泄漏是由于密封油中的气体夹带以及摩擦引起的油分解造成的。这种泵的典型应用包括食品包装、高速离心机、紫外光谱仪，以及作为其他泵的前级泵或低真空泵。容量范围为每分钟 100 至 70,000 立方英尺，工作压力范围为 10 至 10^-3 托。峰值速度通常在 1 至 10^-2 托的压力范围内产生。机械增压器使用同步的 8 字形叶轮和定子将气体从高真空侧转移到前真空侧。机械增压器在正常压力范围内运行时通常需要另一个泵作为后备。机械增压器的常见应用包括真空熔炼炉、电气设备浸渍设备和低密度风洞。真空技术在各行各业都至关重要，因为所有工艺和测量都是在低于正常大气压的条件下进行的。这样做通常是为了去除可能在工艺过程中引起物理或化学反应、扰乱平衡条件、延长粒子行进距离或减少每秒分子撞击次数的大气成分。最大允许压力可以根据各种参数定义，包括单位体积的分子数、平均自由程或形成单分子层所需的时间。在室温和正常大气压下，空气中约有 7 × 1023 个分子以随机方向运动，速度约为每小时 1,000 英里。传递给壁面的动量交换相当于每平方英寸壁面面积产生 14.7 磅的力。大气压可以用各种单位表示，包括单位横截面积、高 760 毫米的汞柱的重量。这导致了替代单位的开发，例如帕斯卡，其定义为牛顿每平方米。真空技术的首次大规模应用发生在 20 世纪初，用于制造电灯泡。随后出现了其他需要在真空下运行的设备，包括各种类型的电子管。人们发现某些在真空中进行的过程可以取得优异的结果，或在正常条件下无法实现的结果，这导致了进一步的发展。20 世纪 50 年代核能的出现推动了真空设备的大规模发展。人们发现了越来越多的真空过程应用，包括空间模拟和微电子技术。人们开发了各种用于产生、维持和测量真空的设备。其中包括容量从每分钟 1/2 到 1,000 立方英尺不等的泵，工作压力从大气压到低至 2 × 10-2 托或低于 5 × 10-3 托。其中一种设备是双叶片泵，可以泵送液体和气体。另一种类型是旋转活塞泵，它类似于单叶片泵，但有一个空心叶片作为进气阀。其可用容量范围从每分钟100立方英尺到高达70,000立方英尺，通常在10托到0.01托的压力下工作。然而，峰值性能在1-0.1托的较窄范围内实现，速度取决于所用前级泵的类型。机械增压泵的特点是两个8字形叶轮，它们在固定定子内以相反的方向旋转。气体被夹在这些叶轮和定子壁之间，然后被输送到泵的另一侧。值得注意的是，这种泵在与另一台在其典型压力范围内串联工作的泵配对时，运行效果最佳。一种常用的前级泵是油封旋转泵。机械增压泵通常用于真空熔炼炉、电气设备浸渍设备和低密度风洞。