Enhanced Eddy Current techniques for detection of surface-breaking cracks in aircraft structures

• Autorzy: Uchanin Valentin

Identyfikatory

DOI

10.2478/tar-2021-0001

Warianty tytułu

PL

Wzmocnione techniki prądów wirowych do wykrywania pęknięć powierzchniowych w strukturach lotniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Well-timed detection of the defects (e.g., fatigue cracks and corrosive damages) in aircraft structures is the question of vital importance. Periodic in-service non-destructive inspection (NDI) is necessary to prevent expensive aircraft breakdowns during in-service life. Eddy current (EC) NDI method have many advantages for in-service aircraft inspection due to high mobility and the possibility to detect fatigue cracks without direct contact with the inspected surface (even through a protective coating withou tremoval). Last decades some enhanced EC techniques were developed for aircraft in-service inspection in the Karpenko Physico-Mechanical Institute of National Academy of Sciences (Lviv) in collaboration with Ukrainian and foreign aircraft companies. Proposed earlier EC efficiency coefficient was applied for the selection of the ferrite-core EC probe parameters. Investigations concerned with the crack detectability for single-coil EC probes of different sizes were carried out to improve the inspection procedures. The sensitivity of the developed single-coil EC probe was experimentally investigated. The possibility to distinguish the signals associated with detected defect and lift-off was shown. The new inspection procedure was proposed for full suppression of the noise concerned with the rivet edge influence. The high-frequency EC flaw detector of Leotest VD 3.03 type based on self-generator mode andminiature single-coil EC probes application was developed for detection of the surface-breaking fatigue cracks. The original scheme of double-circuit self-generator with intermittent oscillations was invented and investigated. The pulse-repetition frequency of high-frequency oscillations was used as an informative parameter. The important feature of the developed self-generating scheme is the effective suppression ofthe lift-off influence (the changes of the clearance between the EC probe and the inspected object surface during the scanning). Developed EC flaw detectors of Leotest VD 3.03 type and inspection procedures were successfully implemented into the maintenance practice for detection of the fatigue cracks initiated in the wing and the fuselage structures and aviation engines in many companies such as ANTONOV AIRCRAFT, Lviv State Aircraft Repair Plant, Konotop aircraft repair plant «AVIAKON», Ukrainian International Airlines, MOTOR-SICH, State Enterprise “IVCHENKO-PROGRESS”, etc.

PL

Odpowiednio wczesne wykrywanie defektów (np. pęknięć zmęczeniowych i uszkodzeń korozyjnych) w strukturach lotniczych jest zagadnieniem o kluczowym znaczeniu. Okresowa eksploatacyjna kontrola nieniszcząca (NDI) jest konieczna, aby zapobiec kosztownym awariom samolotu w trakcie jego eksploatacji. Metoda wiroprądowa (EC) NDI ma wiele zalet dla kontroli samolotów w trakcie eksploatacji ze względu na wysoką mobilność i możliwość wykrywania pęknięć zmęczeniowych bez bezpośredniego kontaktu z badaną powierzchnią (nawet przez powłokę ochronną bez jej usuwania). W ostatnich dziesięcioleciach w Instytucie Fizyko-Mechanicznym Narodowej Akademii Nauk im. Karpenki (Lwów), we współpracy z ukraińskimi i zagranicznymi firmami lotniczymi, opracowano udoskonalone techniki EC do kontroli eksploatacyjnej samolotów. Zaproponowany wcześniej współczynnik efektywności EC został zastosowany do doboru parametrów ferrytowo-rdzeniowej sondy EC. Przeprowadzono badania dotyczące wykrywalności pęknięć dla jednocewkowych sond EC o różnych rozmiarach w celu poprawy procedur kontroli. Doświadczalnie zbadano czułość opracowanej sondy jednowstęgowej EC. Wykazano możliwość rozróżnienia sygnałów związanych z wykrytym defektem i lift-off. Zaproponowano nową procedurę inspekcyjną umożliwiającą pełne wyeliminowanie szumów związanych z oddziaływaniem krawędzi nitów. Opracowano wysokoczęstotliwościowy detektor wad EC typu Leotest VD 3.03 oparty na trybie samogeneratora i zastosowaniu miniaturowych jednocewkowych sond EC do wykrywania pęknięć zmęczeniowych pękających powierzchniowo. Wynaleziono i zbadano oryginalny schemat dwuobwodowego samogeneratora z przerywanymi oscylacjami. Jako parametr informacyjny wykorzystano częstotliwość powtarzania impulsów oscylacji o wysokiej częstotliwości. Istotną cechą opracowanego schematu samogenerującego jest skuteczne tłumienie wpływu zjawiska lift-off (zmiany prześwitu pomiędzy sondą EC a powierzchnią badanego obiektu podczas skanowania). Opracowane wykrywacze wad EC typu Leotest VD 3.03 oraz procedury kontrolne zostały z powodzeniem wdrożone do praktyki obsługowej w celu wykrywania pęknięć zmęczeniowych inicjowanych w strukturach skrzydeł i kadłuba oraz silnikach lotniczych w wielu firmach, takich jak ANTONOV AIRCRAFT, Lwowskie Państwowe Zakłady Remontu Samolotów, Konotopskie Zakłady Remontu Samolotów "AVIAKON", Ukraińskie Międzynarodowe Linie Lotnicze, MOTOR-SICH, Przedsiębiorstwo Państwowe "IVCHENKO-PROGRESS", itp.

Słowa kluczowe

EN

eddy current (EC); EC flaw detector; single-coil EC probe; complex plane; aircraft structure; fatigue crack; self-generating scheme; lift-off

PL

prądy wirowe (EC); wykrywacz wad EC; jednocewkowa sonda EC; płaszczyzna złożona; struktura samolotu; pęknięcie zmęczeniowe; schemat samogenerujący; lift-off

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Transactions on Aerospace Research
• Rocznik: 2021
• Tom: Nr 1 (262)
• Strony: 1--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Uchanin Valentin

• Karpenko Physico-Mechanical Institute of National Academy of Sciences of Ukraine Naukova str. 5, Lviv, Ukraine, 79060

• https://orcid.org/0000-0001-9664-2101

Bibliografia

• [1] Hagemaier, D. J., 1991, “Nondestructive testing developments in the aircraft industry”, Materials Evaluation, 49(12), pp. 1470-1478.
• [2] Schmidt, H-J., Schmidt-Brandecker, B., Tober. G., 2000, “Design of modern aircraft structure and the role of NDI”, Insight, 42(3), pp. 141-147.
• [3] Ball, D. L., 2003, “The Role of Nondestructive Testing in Aircraft Damage Tolerance”, Materials Evaluation, 61(7), pp. 814-818.
• [4] Libby, H. L., 1971, Introduction to Electromagnetic Non-destructive Test Methods, New-York, etc: Wiley-Interscience.
• [5] Udpa, S. S., More P. O., Eds, 2004, Nondestructive testing handbook (third edition), 5, Electromagnetic testing, American Society for NDT.
• [6] Uchanin, V., 2020, “Detection of the fatigue cracks initiated near the rivet holes by eddy current inspection techniques”, Transactions on Aerospace Research, 1(258), pp. 47-58.
• [7] Ostash, O., Fedirko, V., Uchanin, V., Bychkov, S., Moliar O., Semenets, O., Kravets V., Derecha V., 2007, Fracture mechanics and strength of materials, Vol. 5, Strength and durability of airplane materials and structural elements (in Ukrainian), Lviv, Spolom.
• [8] Ostash, O., Uchanin, V., Semenets, O., Holovatyuk, Y., Kovalchuk, L., Derecha, V., 2018, “Evaluation of aluminium alloys degradation in aging aircraft”, Research in Nondestructive Evaluation, 29(3), pp. 156-166.
• [9] Hagemaier, D. J., 1991, “Application of crack detection to aircraft structures, Fatigue crack measurement: techniques and applications (Eds K. J. Marsh, R. A. Smith and R. O. Ritchie), Warley: EMAS, pp. 419-455.
• [10] Uchanin, V., Derecha, V., 2006, “Eddy current method for detection of surface defects in aircraft units in in-service conditions” (in Russian), Technical Diagnostic and Nondestructive Testing (Kyiv), 4, pp. 20-28.
• [11] Uchanin, V., 2010, “Surface type eddy current probes: extended classification, comparative analysis and typical examples of realization” (in Russian), Technical Diagnostic and Nondestructive Testing (Kyiv), 4, pp. 24-29.
• [12] Uchanin, V., 2018, “Prepositions on improvement of the classification of eddy current transducers (in Ukrainian), Technical Diagnostic and Nondestructive Testing (Kyiv), 2, pp. 69-74.
• [13] Uchanin, V., Aleksandrov, S., Tsiganov, V., 2009, “Eddy current flaw detection of aircraft engines in in-service and repair conditions” (in Russian), Bulletin of Engine-building, 2, pp. 151-155.
• [14] Grubinskas, R.C., 1966, “An Evaluation of Probe Coils with Ferrite Cores for Use in Electromagnetic Testing”, Materials evaluation, 10, 557-563.
• [15] Capobianco, T. E., 1987, “Field mapping and performance characterization of commercial eddy current probes”, Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, 6A, New York: Plenum Press, pp. 687-694.
• [16] Capobianco, T. E., Splett, J. D., Iyer, H. K., 1990, “Eddy Current Probe Sensitivity as a Function of Coil Construction Parameters”. Research in Nondestructive Evaluation, 2, pp. 169-186.
• [17] Uchanin, V., 2012, “Method of eddy current probe efficiency determination” (in Ukrainian), Ukrainian patent 42132.
• [18] Uchanin, V., 2012, “Invariant efficiency parameter of eddy-current probes for nondestructive testing”, Materials Science, 48(3), pp. 408-413.
• [19] Uchanin, V., 2014, “Invariant parameter for eddy current coil efficiency estimation, 11th Europ. Conf. on NDT, Prague (www.ndt.net).
• [20] Buvat, F., Pichenot, G., and Premel, D. 2005, “Eddy Current Modelling of Ferrite-cored Probes”, Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, 24, pp. 463-470.
• [21] Uchanin, V., 2007, “Specific features of the space distribution of the signal of an eddy-current converter caused by cracks of different lengths”, Materials Science, 43(4), pp. 591-595.
• [22] Auld, B. A., McFetridge, G., Riaziat, M. and Jefferies, S., 1985, “Improved probe-flaw interaction modeling, inversion processing, and surface roughness clutter”, Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, 4A, pp. 623-634.
• [23] Moulder, J. C., and Gerlitz, J. C., 1986, “Semi-elliptical surface flaw EC interaction and inversion:experiment”, Review of Progress in quantitative Nondestructive Evaluation, 5A, pp. 395-402.
• [24] Uchanin, V., Lutsenko, G., Opanasenko, A., Dzhaganian, A. 2016, “PROMPRYLAD Family of Eddy Current Flaw Detectors – From Simple to more Complicated”, 19th World Conf. on Nondestructive Testing, Munich (www.ndt.net).
• [25] Uchanin, V., Derecha, V., Semenets, O., 2018, ”Eddy current method for detection of the defects in the rivet area of aircraft structures” (in Ukrainian), Ukrainian patent 125679.
• [26] Uchanin, V., 2010, “Self-generator type eddy current flaw detectors: main principles, classification, comparative analysis” (in Russian), Technical Diagnostic and Nondestructive Testing (Kyiv), 2, pp. 18-23.
• [27] Uchanin, V., Cherlenevskiy, V., 2008, ”Eddy current flaw detector” (in Ukrainian), Ukrainian patent 39207.
• [28] Uchanin, V., Cherlenevskiy, V., 2009, ”Eddy current self-generator type flaw detector” (inUkrainian), Ukrainian patent 39217.
• [29] Uchanin, V., Cherlenevskiy, V., 2009, ”Instrumentation for eddy current testing” (in Ukrainian), Ukrainian patent 42132.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).