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《南昌航空大学》 2017年
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航空涡轮盘件的相控阵超声检测技术研究

陈修忻  
【摘要】:航空涡轮盘是航空发动机的核心部件,制造中由于工艺参数波动可能导致偏析、夹杂物、孔洞、裂纹等各类缺陷;服役过程受力复杂、条件严苛,往往产生疲劳裂纹缺陷,而航空涡轮盘即使存在微小缺陷也可能造成严重后果,因此对其进行出厂和在役的无损检测显得十分必要。相控阵超声检测技术是一种可通过电子方法实现声束变角、深度变焦的无损检测技术,避免了常规单晶探头因移动范围、声束角度有限而引起缺陷漏检。此外,相控阵超声检测技术的声场能控制能力强、检测能量高,可有效提高检测精度和检测效率。根据相控阵超声检测技术的特点,相控阵超声检测技术有望对复杂结构的高温合金航空涡轮盘中的各类缺陷进行准确、高效的无损检测。相控阵超声检测技术在对航空涡轮盘进行检测时,由于其体积大、结构复杂且组织结构粗大,当微小缺陷位于航空涡轮盘近表面、底面、复杂结构区域时,由于缺陷信号容易混淆、信噪比低,缺陷检测容易出现漏检或误检。因此,分析相控阵超声声场分布特点及其影响因素以优化检测参数、分析检测信号并提出相应的信号处理算法对检测信号及图像进行降噪处理是航空涡轮盘相控阵超声检测技术的主要研究内容。首先,理论分析阵元数、阵元间距、频率等参数对航空涡轮盘相控阵超声声场的影响,结果表明:相控阵超声聚焦声场能量随阵元数的增加、频率的提高而增强;相控阵超声栅瓣幅度随阵元间距的增大而增大。第二,试验分析盘件中超声相控阵声场特性,测量航空涡轮盘中相控阵超声焦区宽度及信号幅值随阵元数及聚焦深度的变化规律,结果表明:相控阵超声焦区宽度随阵元数的增加而减小,随聚焦深度的增加而增大;采用相控阵超声斜探头对半径为50mm圆弧上分布的间隔横孔进行检测成像试验,并分析阵元数、探头布置位置对检测分辨率的影响,结果表明:增加阵元数、适当调整探头位置使与横孔图像相交的扫查线角度间隔增大有利于提高检测分辨率。第三,采用超声相控阵斜探头对航空涡轮盘中槽型缺陷进行检测成像试验,深入分析航空涡轮盘中面型缺陷的超声相控阵成像方法及其图像特征,并根据窄槽衍射回波形成的相互分离条纹测量出窄槽缺陷的取向和尺寸,同时分析了阵元数、探头布置位置对窄槽检测精度的影响,结果表明:相控阵超声测长值总体要稍大于窄槽实际长度;检测近表面窄槽缺陷应选择少阵元数,远距离检测则应采用多阵元检测。第四,采用相控阵超声斜探头开展了关于航空涡轮盘复杂区域微小缺陷的试验研究,优化相控阵超声检测参数,深入分析航空涡轮盘相控阵超声检测特征信号,结果表明:采用5MHz频率相控阵超声斜探头、激发32阵元、激励信号脉冲宽度设置为100ns、聚焦深度为102mm(孔深)可有效检测该缺陷。最后,为提高航空涡轮盘微小缺陷相控阵超声检测信号的信噪比以及扇扫图像质量,深入分析结构检测信号特征,并采用小波包分解技术观察缺陷检测信号的时频特征,对比了小波阈值及小波基对检测信号降噪效果的影响并对小波包阈值进行优化以获得最优小波包降噪参数。为进一步提高图像质量,采用奇异值分解技术对经小波包处理后的航空涡轮盘超声相控阵检测信号做进一步处理,对比了Hankel矩阵维数如何选取以及奇异值如何处理时的降噪效果,从而得到最优奇异值降噪参数,结果表明:航空涡轮盘中微小缺陷信号紧邻航空涡轮盘结构信号;缺陷特征信号并非集中在某一频带范围内,因此,针对特定频带范围进行滤波将在滤除噪声的同时可能造成缺陷特征信号的损失;根据小波包分析结果选择部分分解信号并结合改进的去噪阈值,可有效的提取检测图像的缺陷特征图像、结构特征图像,甚至也可将材料组织结构引起的噪声条纹提取出来;采用优化参数后的奇异值分解技术对相控阵超声检测数据做进一步处理并成像,缺陷信噪比以及分辨率得到进一步提高。综上,采用相控阵超声检测技术对高温合金航空涡轮盘进行安全、有效的无损检测可保障涡轮盘质量及安全性,在节约制造成本、提高涡轮盘性能、避免安全事故等方面具有重要意义。
【学位授予单位】:南昌航空大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V263.6;TB559

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 乔海燕;任学冬;史亦韦;陶春虎;;GH4169高温合金涡轮盘表面径轴向裂纹的渗透检测可行性[J];航空材料学报;2016年06期
2 任远;张成成;高靖云;李颖;;含缺陷涡轮盘的实际使用寿命计算方法[J];科学技术与工程;2016年12期
3 胡宏伟;王哲;倪培君;王向红;;超声相控阵检测成像质量影响因素实验分析[J];兵器材料科学与工程;2015年02期
4 杨健;刘国良;魏磊;吕建勋;张爽;;航空发动机高温合金涡轮盘抗疲劳制造评价方法研究[J];航空材料学报;2014年01期
5 何汶静;祝元仲;王宇峰;何伶俐;赖思渝;;相控阵超声探头声场的建模与仿真[J];生物医学工程学杂志;2012年05期
6 董德秀;熊瑛;刘怀南;张传明;;FGH96、FGH97粉末盘的无损检测[J];无损检测;2012年05期
7 陈昌华;汤志贵;陈能进;邹强;钱健清;;列车车轮缺陷的超声波相控阵分析[J];物理测试;2012年01期
8 杨俊;李承彬;谢寿生;;涡轮盘多轴低循环疲劳寿命预测及试验验证[J];航空动力学报;2011年10期
9 杨平华;林莉;刘春伟;高海良;于德凯;李喜孟;;相控阵声束焦距及换能器孔径综合优化的实验研究[J];无损探伤;2011年03期
10 余道国;;电站锅炉管道弯头超声波相控阵检测[J];华电技术;2011年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 徐伟津;发动机涡轮盘微磁检测技术研究[D];南昌航空大学;2014年
2 朱友杰;基于超声相控阵高温合金盘件检测设备研制[D];南昌航空大学;2014年
【共引文献】
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1 殷良伟;郭海丁;;某型航空发动机封严篦齿盘异型螺栓孔公差设计分析[J];航空发动机;2017年05期
2 卢震旦;郑天逸;苗明川;王慕冰;熊畅;;音频相控阵实验平台的设计与实现[J];物理与工程;2017年S1期
3 卢毓华;王蓬;沈学静;付锐;李福林;李冬玲;王海舟;;大尺寸变形FGH96高温合金涡轮盘晶粒尺寸和硬度相关性的表征[J];理化检验(物理分册);2017年08期
4 史平国;黄永华;肖峰;邹强;;客车车轮轮辋密集型小缺陷检测方法研究[J];安徽冶金科技职业学院学报;2017年03期
5 马立印;李洋;周正干;;检测发动机叶片的相控阵超声换能器设计[J];压电与声光;2017年05期
6 陈振华;陈修忻;王婵;卢超;;基于小波包分解的航空涡轮盘超声相控阵检测图像降噪技术[J];无损检测;2017年05期
7 姚君;张建卫;徐磊;;车轮轮辋缺陷的超声相控阵检测[J];物理测试;2017年02期
8 庞智辉;于润桥;胡诚;赵龙灿;;微磁检测在火车轮轮对检测中的应用研究[J];失效分析与预防;2017年02期
9 温姣玲;卢超;何方成;林俊明;;航空复合材料层压板钻孔分层缺陷相控阵检测参数优化[J];玻璃钢/复合材料;2017年02期
10 毕超;刘祎;杜海涛;杨辉;;抗疲劳制造技术的发展及其在高端轴承制造中的应用[J];航空精密制造技术;2017年01期
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1 赵龙灿;基于磁—温梯度的供热管道检测技术研究[D];南昌航空大学;2017年
2 陈修忻;航空涡轮盘件的相控阵超声检测技术研究[D];南昌航空大学;2017年
3 杨牡丹;梯度法埋地管道腐蚀检测试验研究[D];南昌航空大学;2016年
4 曹煜;城市热力管道热—磁综合检测仪器研制[D];南昌航空大学;2015年
5 林炎;地下储气井检测系统的研制[D];南昌航空大学;2015年
【二级参考文献】
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1 杜金辉;赵光普;邓群;吕旭东;张北江;;中国变形高温合金研制进展[J];航空材料学报;2016年03期
2 刘松平;刘菲菲;史俊伟;李乐刚;白金鹏;刘勋丰;;复合材料冲击损伤高分辨率超声成像检测与损伤行为分析[J];机械工程学报;2013年22期
3 杨平华;林莉;刘春伟;高海良;李喜孟;;相控阵超声检测横向分辨力实验测试及分析[J];仪器仪表学报;2011年06期
4 石竖鲲;马艳玲;吴伟东;;航空发动机零部件的抗疲劳制造技术[J];航空制造技术;2011年05期
5 李衍;;焊缝超声检测相控阵参数与缺陷显示的相关性[J];无损探伤;2010年03期
6 黄晶;周社育;阙沛文;;线形超声相控换能器阵列的参数优化[J];压电与声光;2010年01期
7 陈昌华;;车轮轮箍密集型缺陷分析[J];无损探伤;2009年06期
8 王新阳;;小径管焊接接头超声波检测分析[J];华电技术;2009年11期
9 高阳;白广忱;张瑛莉;;涡轮盘多轴低循环疲劳寿命可靠性分析[J];航空学报;2009年09期
10 李伟;董立伟;蔡向晖;赵福星;刘东;;某型发动机涡轮盘销钉孔结构分析与寿命评估[J];航空动力学报;2009年08期
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 刘述煌;涡轮盘用高温合金材料的超声检测方法研究[D];南昌航空大学;2013年
2 邹恒财;铝合金磁法检测及成像技术研究[D];南昌航空大学;2012年
3 蔡艺剧;基于FPGA的超声检测系统研究[D];西华大学;2012年
4 杨平华;相控阵超声检测关键参数优化研究[D];大连理工大学;2011年
5 孟永乐;搅拌摩擦焊缺陷的无损检测技术研究[D];南昌航空大学;2011年
6 张聪颖;超声相控阵检测系统图像处理和成像技术的研究[D];天津大学;2010年
7 李京安;超声相控阵扇形扫描检测成像技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
8 花永涛;基于ARM7的高速核信号数据采集卡的研制[D];成都理工大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王成,张玉;对相控阵雷达的侦察识别研究[J];航天电子对抗;2000年01期
2 赵玉洁,王炳如;《空间探测相控阵雷达》出版发行[J];现代雷达;2001年S1期
3 ;空间信息获取与处理系列专著 《空间探测相控阵雷达》出版发行[J];系统工程与电子技术;2001年08期
4 何子述;金林;韩蕴洁;严济鸿;;光控相控阵雷达发展动态和实现中的关键技术[J];电子学报;2005年12期
5 邵正途;朱和平;郭建明;彭飞;;多功能相控阵雷达在反导预警系统中的应用[J];火力与指挥控制;2008年S2期
6 杨红超;张伟;余方利;韩振铎;;相控阵雷达多目标数据处理仿真实现[J];电子信息对抗技术;2008年04期
7 陈立;潘谊春;郑凯;;相控阵雷达的发展[J];舰船电子工程;2009年05期
8 李争;郭宜忠;张鑫;秦义;;一种远程相控阵雷达作战效能评估模型[J];空军雷达学院学报;2010年03期
9 马玉凤;相控阵雷达[J];上海航天;1984年02期
10 楼加渔;;新型机载相控阵雷达[J];航空电子技术;1983年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 蔡庆宇;;相控阵雷达搜索的优化方法[A];四川省电子学会雷达与火控、电子线路与系统专业委员会学术交流会10周年优秀论文集[C];2006年
2 王帆;赵锋;肖顺平;;防空反导相控阵雷达数据处理建模仿真研究[A];2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集[C];2009年
3 季明刚;张友益;;多功能相控阵雷达资源综合调度算法研究[A];中国造船工程学会电子技术学术委员会2006学术年会论文集(下册)[C];2006年
4 杨非;牛长流;臧淼;;相控阵雷达的信号识别分析[A];2007通信理论与技术新发展——第十二届全国青年通信学术会议论文集(下册)[C];2007年
5 吴在东;肖海红;;二维相控阵雷达模块化结构设计与实现[A];2005年机械电子学学术会议论文集[C];2005年
6 王义春;朱旗;龚晨;;锥体共形相控阵波束控制[A];2009年全国天线年会论文集(上)[C];2009年
7 陶晓瑛;钟剑锋;;相控阵雷达天线阵面密封设计研究[A];2008年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集[C];2008年
8 李学林;项鑫;黄广炎;冯顺山;;钨球破片对相控阵雷达典型部件的侵彻特性研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(上册)[C];2009年
9 牛岩;刘洪;吴海东;;对某相控阵雷达的脉冲卷积干扰效果分析与仿真[A];2014第二届中国指挥控制大会论文集(上)[C];2014年
10 马利华;;大型相控阵雷达天线罩结构设计[A];2008年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王海琳 刘江平 宋丽娟;现代海战防空“千里眼”:舰载相控阵雷达[N];解放军报;2005年
2 伍冀陆;“阵风”的新RBE2雷达[N];中国国防报;2011年
3 楼宏高 口述 吴天 袁强 整理;说说我掌控的“相控阵”[N];中国国防报;2011年
4 吴腾奇;漫谈相控阵雷达技术[N];中国国防报;2014年
5 本报特约撰稿 亦天;《汉和》:歼-10“雷达革命”[N];中国国防报;2012年
6 水生;为什么相控阵雷达天线不用转动?[N];中国国防报;2003年
7 本报记者 郑莹莹;电子科大打造智能“车联网”世界[N];成都日报;2014年
8 巴丁;建造信息化航母:国防科技面临的新挑战[N];学习时报;2011年
9 刘江平 刘建安;扫视海空的“神眼”[N];解放军报;2001年
10 晓金;“戈”号航母简介[N];中国船舶报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 卢建斌;相控阵雷达资源优化管理的理论与方法[D];国防科学技术大学;2007年
2 庞晨;相控阵雷达精密极化测量理论与技术研究[D];国防科学技术大学;2015年
3 周文辉;相控阵雷达及组网跟踪系统资源管理技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
4 程婷;相控阵雷达自适应资源管理技术研究[D];电子科技大学;2008年
5 江朝抒;机载相控阵雷达地面低速动目标检测技术研究[D];电子科技大学;2006年
6 丁霄;基于方向图可重构技术的相控阵大角度扫描特性研究[D];电子科技大学;2013年
7 何俊;相控阵馈电网络中的无源器件研究[D];电子科技大学;2009年
8 张忠传;毫米波宽带相控阵数字单脉冲雷达关键技术研究[D];南京理工大学;2010年
9 伍洋;射电望远镜天线相控阵馈源技术研究[D];西安电子科技大学;2013年
10 廖羽宇;统计MIMO雷达检测理论研究[D];电子科技大学;2012年
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1 卢建斌;相控阵雷达搜索技术研究及其仿真实现[D];国防科学技术大学;2003年
2 王哲;数字相控阵雷达的研究[D];西北工业大学;2003年
3 赵宇;相控阵雷达资源优化管理[D];上海交通大学;2011年
4 闫敏;极化相控阵雷达波束形成与极化合成技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
5 曾祥东;相控阵雷达多波束形成技术研究[D];电子科技大学;2015年
6 王永兵;频控阵阵列参数优化设计及其目标定位研究[D];电子科技大学;2015年
7 刘安龙;二维相控阵典型信号处理和数据处理算法研究[D];电子科技大学;2014年
8 王悦辰;相控阵雷达资源调度研究及干扰效能评估[D];电子科技大学;2014年
9 展红英;相控阵雷达系统实时任务负载分配仿真研究[D];电子科技大学;2014年
10 单奇;多功能相控阵雷达数据处理系统研究[D];电子科技大学;2012年
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