復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)，已發(fā)展成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)的基本材料之一。機(jī)體結(jié)構(gòu)中的復(fù)合材料，從制造到使用的全壽命周期中都需要進(jìn)行無損檢測，以監(jiān)控其狀態(tài)。無損檢測技術(shù)已成為復(fù)合材料應(yīng)用研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，并出現(xiàn)了眾多檢測方法。在飛機(jī)使用過程中，復(fù)合材料的無損檢測同樣是航空維修和機(jī)務(wù)維護(hù)工作的重要內(nèi)容之一。

無損檢測需求分析

機(jī)體結(jié)構(gòu)中需要檢測的復(fù)合材料主要分布在飛機(jī)表面，結(jié)構(gòu)形式以壁板、蒙皮等板狀結(jié)構(gòu)為主。飛機(jī)使用過程中，復(fù)合材料除表面損傷外，還易出現(xiàn)內(nèi)部分層、脫粘等缺陷，這類缺陷也是航空維修中需要檢測監(jiān)控的主要缺陷。

航空維修中的復(fù)合材料無損檢測工作，尤其是外場的檢測工作，與制造過程中的檢測工作有顯著不同。

首先，檢測缺陷類型不同，航空維修中僅需要檢測復(fù)合材料使用過程中產(chǎn)生的缺陷，例如分層、脫粘等膠接界面缺陷，而制造過程中還需要檢測氣孔、夾雜等制造缺陷。

其次，適用的檢測方法和設(shè)備差異很大，制造過程中可以從復(fù)合材料兩側(cè)進(jìn)行檢測，可以采用超聲透射、X射線檢測等方法，并可以使用大型自動(dòng)掃查設(shè)備，而維修過程中復(fù)合材料已經(jīng)成為飛機(jī)零部件的一部分，通常僅能進(jìn)行單側(cè)檢測，而且受到現(xiàn)場操作環(huán)境的限制，往往需要使用便攜式檢測設(shè)備。

最后，航空維修過程中的無損檢測工時(shí)需要與飛機(jī)整體的檢修周期相適應(yīng)，飛機(jī)上復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件越來越多，一般檢測效率偏低，因此對(duì)復(fù)合材料的快速檢測技術(shù)也提出了迫切需求。

聲學(xué)檢測方法研究

適用于復(fù)合材料檢測的聲學(xué)檢測方法有很多，包括超聲波、聲振、聲發(fā)射等。

作為五大常規(guī)檢測方法之一，超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用廣泛，其采用延時(shí)探頭實(shí)施縱波檢測，可準(zhǔn)確檢測出復(fù)合材料的常見缺陷，如碳纖維壁板分層缺陷、碳纖維壁板紙蜂窩結(jié)構(gòu)蒙皮脫粘缺陷等。高分辨率超聲檢測技術(shù)也是目前應(yīng)用最廣泛的一類復(fù)合材料檢測技術(shù)。

聲振檢測與超聲波檢測技術(shù)相比，前者將被檢工件作為一個(gè)振動(dòng)結(jié)構(gòu)，而后者通常將被檢工件作為超聲波脈沖傳輸?shù)慕橘|(zhì)。聲振檢測通過檢測工件的振動(dòng)阻抗率、振動(dòng)幅度、振動(dòng)頻率、振動(dòng)相位等振動(dòng)特性來判別缺陷，具體包括敲擊、聲阻抗、聲諧振、定距發(fā)送/ 接收等檢測方法。
針對(duì)外場復(fù)合材料檢測需求，在深入比較分析各類聲學(xué)檢測方法優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍的基礎(chǔ)上，北京航空工程技術(shù)研究中心與愛德森（廈門）電子有限公司聯(lián)合研制了SMART-6000型復(fù)合材料綜合檢測儀。

該設(shè)備集成了高分辨率超聲和定距發(fā)送/接收等聲振檢測方法，并配備了各型復(fù)合材料專用檢測探頭，適用于碳纖維壁板、碳纖維壁板紙蜂窩、鋁蜂窩等常用復(fù)合材料的原位檢測，可有效檢出分層和脫粘缺陷。

采用該設(shè)備配備10MHz延時(shí)探頭，對(duì)預(yù)置分層缺陷的6mm厚碳纖維壁板試件進(jìn)行了超聲縱波檢測試驗(yàn)。采用配套的定距發(fā)送/接收探頭，對(duì)預(yù)置脫粘缺陷的鋁蜂窩試件進(jìn)行了定距發(fā)送/接收檢測，檢測效果如下圖所示。

采用該設(shè)備，可以在外場對(duì)飛機(jī)上的各類常用復(fù)合材料實(shí)施原位檢測。但是該設(shè)備需要采用逐點(diǎn)掃查的方式進(jìn)行檢測，近年來飛機(jī)上復(fù)合材料分布面積明顯增大，檢測效率偏低的問題日益突出。而利用滾輪探頭進(jìn)行的超聲相控陣C掃描檢測技術(shù)，相比傳統(tǒng)A掃描超聲檢測技術(shù)，檢測效率顯著提高，該技術(shù)將是今后的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。

紅外熱成像檢測方法研究