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    军械工程学院为飞机大炮研制"X光机"
    2001年6月27日15:08 新华网

      据《解放军报》6月27日(唐振宇张锋)报道:

      ●第二次世界大战期间,美军因裂纹导致损失飞机6000多架,接近被击落飞机的数量

      ●军械工程学院研制的智能漏磁裂纹检测仪,能对钢质构件的表面和内部的裂纹进行无损定量检测,并在显示屏上将裂纹的长、宽、深及位置坐标标示出来

      ●专家认为,双峰值检测理论体系实现了无损定量检测,是无损检测领域的重大创新

      触目惊心的裂纹事故

      20世纪,钢材在军事领域广泛应用,推动了军事装备质的飞跃,从飞机、汽车、舰船到坦克、大炮、导弹,钢质材料无处不在。但钢材产生的裂纹,像潜伏在人体内的癌细胞,悄悄地滋生蔓延,一旦发作,就会造成飞机坠毁,枪炮炸膛,火箭发射失败,舰船葬身大海等重大事故。这一“隐形杀手”被专家形象地称为“裂纹顽魔”。

      “裂纹顽魔”导演的悲剧屡见不鲜。美军在二战期间由于裂纹导致损失飞机6000多架,接近被击落飞机的数量。

      当前制伏“裂纹顽魔”的有效手段有两种:一是提高构件的钢材性能质量,尽可能不出现裂纹;二是从无损探伤入手,及时发现裂纹,维修更换,防患于未然。前者只能是不断提高性能而不可能从根本上杜绝裂纹产生;后者国内外无数科学家经数十年研究,在超声波、电涡流、磁粉等检测方法上取得了很大成就,但这些方法都存在着手工操作,工艺复杂,难以定量分析等缺陷,很容易出现漏检和误判。对裂纹实现无损定量检测成为公认的世界性难题。

      需求引出的攻关课题

      90年代初,军械工程学院以徐章遂教授为首的一批科研人员,被来自部队和军工厂的火炮和枪械因裂纹引发的炸膛事故所震惊。他们想,如果有一种科学的定量检测方法,能够对火炮身管的裂纹进行准确检测,就可以事半功倍,为国家节约大量经费。

      对火炮身管的传统检测方法是使用窥膛仪,但只能发现膛内表面肉眼可以看到的裂纹,对管身内部潜在的裂纹一筹莫展。

      国家和军队迫切需要这项技术的突破。因此,学院成立了裂纹检测技术课题攻关小组,投身到裂纹检测这一陌生而充满挑战的领域。课题组翻阅大量技术资料之后,清醒地看到:如果沿着磁粉、超声、电涡流这3种传统方法的老路走,虽省力但难有大的突破。最终,他们将目光锁定在国际无损检测界最垂青的漏磁检测法这一最新技术上。

      课题组将建立裂纹数理模型和探索磁电荷穿过裂纹时的变化规律作为攻关的突破点,从研究原理入手,展开了一场旷日持久的攻坚战。

      一次次实验,显微镜下寻找裂纹的踪迹;一组组数据,横向纵向地比较裂纹细微的差距;一次次计算,演算纸上归纳裂纹出没的规律。整整5年,没有节假日,更没有加班费等额外报酬,也没有人督促,几个人始终埋头在外人看来近乎枯燥的工作中。

      凭着这种拼命的干劲和执著的精神,3000多个日日夜夜化作历史。课题组用智慧和汗水先后构建了V型、槽型、复合型等5种裂纹生成与扩展的磁荷数理模型,在世界上首次导出了磁场穿过裂纹交界面时磁荷分布变异的一般表达式,首创磁荷变异双峰值裂纹检测理论体系,为实现对裂纹的无损定量检测打下了理论基础。他们相继发表的一篇篇围绕裂纹检测的理论创新学术论文,纷纷被国际四大检索收录,引起国内外同行密切关注。

      历尽艰辛终成果

      回顾智能漏磁检测仪的诞生过程,谁能想到这台仅重3公斤的检测仪竟让科研人员为之奋斗了近10年,中间几次还差点夭折,真可谓十年面壁图破壁,历尽艰辛终成果。

      1995年,军械工程学院申报的双峰值漏磁裂纹定量检测技术获得国家自然科学基金资助。同年,总部将其列为重点科研项目正式批准立项。

      徐章遂教授在以往理论研究的基础上,首先粗线条勾勒出技术上实现定量检测的思路。他提出了漏磁裂纹检测新方法,即对检测构件充磁后,测定磁场中因裂纹造成的磁强度振幅变化情况,再利用他们构建的磁荷数理模型,逆向导出裂纹的大小和位置,从而实现对裂纹的无损定量检测。

      理论上的突破为工程技术上的应用扫清了障碍,指明了方向。但从理论到实践之间还有难以逾越的一道道坎。

      开发漏磁裂纹检测仪时,负责硬件部分的王瑾讲师,要将米粒大小的高灵敏度磁探头与头发丝细的漆包线均匀地焊接在一起。那时正逢三伏天,实验室热的像蒸箱,他又不敢开风扇,怕吹跑探头,汗水顺着脸颊直往下淌。在放大镜下,他的双手像姑娘绣花一样细致小心,因为丝毫的疏忽都会使几天的工作成果前功尽弃。

      实现了探头的高灵敏度,还要完成检测的自动化。负责软件开发的靳英卫讲师,为了使检测自动化达到高可靠性和高精度,在数百次试验的基础上,精心编制、反复修改软件。常常加班到深夜,渴了,喝白开水;饿了,吃方便面;困了,睡办公桌;从无怨言。500多天之后,靳英卫终于为检测仪安装上了精确的“大脑”。

      每一次取得技术突破的过程,都像是一次马拉松比赛,让人精疲力竭;每一次攻关都像翻越一座大山,必须在特定时间内完成特定的任务;每一次到达终点站又成为新的起点,必须向新的目标继续挺进。在接下来的5年里,他们先后攻克了高灵敏度传感器、探头驱动机构、自动检测主机、充磁退磁系统等4项工程技术难题,研制出我国第一台智能漏磁裂纹检测仪。最终完成了漏磁裂纹检测技术从理论、方法、工艺到配套设备的全部科研任务。

      神奇的裂纹检测仪

      1999年10月,一项科研成果令国内无损检测界震惊了,我国第一台智能漏磁裂纹检测仪在军械工程学院诞生。这台精巧的仪器能对钢质构件的表面和内部的裂纹进行无损定量检测,并在显示屏上将裂纹的长、宽、深及位置坐标标示出来。

      这年11月中旬,军内某单位慕名将一根飞机大梁钢制构件送来,要求对螺栓孔内进行裂纹检测。通过检测,结果是螺栓孔内部有微米级裂纹一条。

      有还是没有裂纹。将信将疑中该单位的一位高工将这一构件送到某大国的科学院进行超声波检测,结论却是没有裂纹。消息传来,怀疑的目光、关注声音聚焦到课题组身上。课题组长徐章遂教授坚信自己成果的可靠性,他与送检单位协商后,按照检测仪测定的部位,将构件切割,用公认的传统方法检测,结果与智能漏磁检测仪首次结论分毫不差。事实面前,众人心悦诚服。那位高工感叹说:“真是一台神奇的检测仪,有了它,‘裂纹顽魔’再也无处藏身了。”徐教授自豪地告诉他:“我们研制的检测仪,对微米级裂纹的检出可靠度是超声波检测方法的2倍。”

      超出预想的科研成果

      2000年4月,春光明媚。在军械工程学院,航天部无损检测首席专家蒋福堂、中科院院士杨叔子等全国无损检测界的专家们,面对智能漏磁裂纹检测仪,一向严肃的面容露出了微笑,部队科技工作者,埋头苦干10年,开发出这样高水平、高科技的成果,不容易,确实不容易啊!

      鉴定委员会一致认定:双峰值检测理论体系实现了无损定量检测,是无损检测领域的重要创新;智能漏磁裂纹检测仪为国内外首创,达到国际先进水平,具有极大的军事效益和经济效益。

      从研究火炮身管的裂纹问题入手,到最终科研成果通过鉴定,徐章遂教授和他的同事们,实现了从定性检测到定量检测、从毫米级检测到微米级检测、从手工检测到自动化检测三大跨越式突破,使检测手段简单快捷,检测灵敏度和可靠性大幅提高,工效超出传统检测方法5倍以上。

      该成果已用于我军飞机、航天设备、导弹和火炮等装备的无损检测,使装备的作战和使用效能显著提高,已创经济效益3000多万元。专家预测其在工业领域如石油、汽车等行业有广泛的应用前景。

      在攻关的同时,他们取得国家专利一项,出版专著2部,公开发表的论文被四大检索收录16篇,培养硕士生11名、博士生3名,锻炼出一支无损检测技术的高水平科研队伍。

      

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