OPTIMIZING PULSED EDDY CURRENT FOR INSPECTION OF SECOND LAYER WING STRUCTURE

Abstract

Due to cyclic loading conditions experienced during typical aircraft operation, ageing aircraft are susceptible to fatigue cracks at bolt hole locations in multi-layer aluminum wing lap-joints. Inspection from the top layer, without fastener removal, is desired in order to minimize aircraft downtime, while reducing the risk of collateral damage. The ability to detect second layer cracks without fastener removal has been demonstrated using a pulsed eddy current (PEC) technique. This technique takes advantage of a probe design, which utilizes the ferrous fastener as a flux conduit to induce eddy currents in the surrounding structure. Differentially connected pick-up coils sense eddy current response changes due to the presence of a crack. The differential signal response is analyzed using a modified principal components analysis (MPCA). These MPCA scores are then processed using a cluster analysis to identify the presence of cracks. Probe design features, data acquisition system parameters and signal post-processing can each have a strong impact on crack detection. Physical probe configurations and signal analysis processes, used to enhance the PEC system for detection of cracks in CP-140 Aurora (P-3 Orion) lap-joint structures, are investigated and an enhanced probe design is identified. Effective results are obtained using the cluster analysis approach for single sample cases. However, problems arise when the technique is applied concurrently to multiple lap-joint samples. The development of an expanded analysis approach for applicability to multiple CP-140 Aurora (P-3 Orion) lap-joint samples is investigated and detection results are presented for both the single sample and combined sample scenarios. The cluster analysis methodology is further limited by the fact that a number of representative blank fastener signals are required in order to perform classification of the data. Using the smallest half volume (SHV) analysis methodology, a series of simulations are conducted in order to demonstrate the ability of the SHV method to be used for blind outlier detection without having to obtain representative blank fastener signals.

Vu la présence de conditions cycliques de chargement durant une opération aérienne normale, les avions vieillissants sont susceptibles d’avoir des fissures, dues à la fatigue, présentes aux sites des trous de boulons parmi les joints de recouvrements des couches d’aluminium de leurs ailes. Une inspection de la couche du dessus, sans en démonter les attaches, est la méthode désirée afin de réduire le temps d’immobilisation de l’avion ainsi que le risque de dommages collatéraux. La méthode des courants de Foucault pulsés (CFP) a la capacité de permettre la détection de fissures dans la deuxième couche structurale sans en démonter les attaches. Cette méthode prend avantage d’un modèle de sondes qui utilisent les attaches en fer en tant que conduits afin de provoquer des courants de Foucault dans la structure entourant celles-ci. Des bobines de prise connectées de façon différentielle détectent les variations des réponses des courants de Foucault causées par la présence de fissures. Les réponses des signaux différentiels sont analysées grâce à une analyse modifiée en composantes principales (AMCP). Les résultats de l’AMCP sont traités selon une analyse par grappes afin de permettre l’identification de fissures. Les caractéristiques de la conception des sondes, les paramètres des systèmes d’acquisition de données et le traitement des signaux peuvent chacun en soi avoir un grand impact sur la détection de fissures. Les configurations physiques des sondes ainsi que les procédures de traitement des signaux, utilisées afin d’optimiser le système des CFP de détection de fissures dans les structures des joints de recouvrements des CP-140 Aurora (P-3 Orion), sont examinées et une configuration améliorée pour les sondes est identifiée. Des résultats efficaces pour les échantillons uniques sont obtenus grâce à une analyse de grappes. Par contre, des difficultés se présentent lorsque cette technique est utilisée parallèlement sur plusieurs échantillons de joints de recouvrements. Le développement d’une méthode d’analyse étendue pour une application sur plusieurs joints de recouvrements des CP-140 Aurora (P-3 Orion) est examiné et les résultats des détections pour des échantillons uniques et multiples sont présentés. La méthode d’analyse de grappes est davantage limitée par le fait qu’un certain nombre de signaux représentatifs d’attaches sans défaut est requis afin d’accomplir la classification des résultats. Une série de simulations est réalisée en utilisant la méthode d’analyse du plus petit demi-volume (PPDV) afin de démontrer la capacité de détection de cette méthode même en l’absence de signaux représentatifs d’attaches sans défaut.