侯勝利，姚武文，董 俊

（空軍第一航空學院，河南 信陽 464000）

0 引言

隨著航空科技的發(fā)展，復合材料在飛機上得到了越來越廣泛的應用，其用量的多少已成為評價一架飛機先進與否的重要標志。據(jù)資料顯示，目前國外軍用飛機復合材料的用量占飛機總重的25%～40%，民用飛機達10%～15%，直升機則高達60%以上[1]。國內(nèi)軍用飛機上也越來越多的使用了復合材料。由于承載、受力和環(huán)境等因素的影響，飛機復合材料構(gòu)件在使用中會出現(xiàn)界面脫膠、分層、沖擊傷、裂縫、疏松和滲水等損傷情況[2，3]。復合材料一般具有導電性差、導熱率低、聲衰減高以及機械、物理性能顯著的各向異性等特點，決定了復合材料構(gòu)件的無損檢測不能簡單地沿用金屬材料的檢測方法，而必須根據(jù)結(jié)構(gòu)材料和損傷的不同選擇不同的檢測方法。

1 飛機復合材料的損傷特征

飛機復合材料部件主要有纖維增強樹脂層板結(jié)構(gòu)部件和夾芯結(jié)構(gòu)部件。纖維增強樹脂層板結(jié)構(gòu)部件，使用中由于受載荷、振動、濕熱酸堿等環(huán)境因素的綜合作用會導致初始缺陷（如分層、脫膠）的擴展和分層、脫膠、斷裂等新的損傷和破壞的發(fā)生；對于其彈孔，周邊伴有分層損傷。夾芯結(jié)構(gòu)部件，使用中可出現(xiàn)初始缺陷（如弱脫膠）的擴展和脫膠、進水、蜂窩芯壓塌等損傷；對于其彈孔損傷，周邊伴有板芯脫膠和蜂窩塌陷等損傷（見圖1）。

圖1 蜂窩夾芯材料打擊損傷Fig.1 Picture of Injured Honeycomb Sandwich Material

2 飛機復合材料損傷檢測基本方法

無損檢測方法現(xiàn)有十幾種，但能夠有效地用于復合材料損傷檢測的方法，主要有目視法（包括滲透檢測法）、敲擊法、阻抗、諧振、超聲、射線照像、紅外熱圖和聲發(fā)射等方法。

2.1 目視法

目視檢查法是使用最廣泛、最直接的無損檢測方法。它是借助放大鏡和內(nèi)窺鏡觀測構(gòu)件表面和內(nèi)部可達區(qū)域表面的一檢測方法?？捎脕頇z查表面劃傷、裂紋、起泡、起皺、凹痕、變形、變色、斷裂、螺釘松動等情況；尤其對透光的玻璃鋼產(chǎn)品，可用透射光檢查出內(nèi)部的某些缺陷。

2.2 敲擊法

敲擊檢測是膠接結(jié)構(gòu)的最快捷和有效的檢測方法之一，廣泛應用于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)、板板膠接結(jié)構(gòu)的外場檢測，檢測速度快，準確性高。敲擊檢測分為：硬幣敲擊（Coin Tapping）和專用工具敲擊，如敲擊工具和自動敲擊檢測工具。

2.3 聲阻法

聲阻法是利用聲阻儀，通過蜂窩膠接結(jié)構(gòu)粘接良好區(qū)域與粘接缺陷區(qū)的表面機械阻抗有明顯差異這一特點來實現(xiàn)檢測的，主要用于檢測鋁制單蒙皮和蒙皮加墊板的蜂窩膠接結(jié)構(gòu)的板芯分離缺陷檢測。其特點是點接觸干耦合，不需耦合劑，操作簡單、易行。

2.4 諧振法

聲諧振法是利用膠接檢測儀，通過聲波傳播特性的測試實現(xiàn)對膠接結(jié)構(gòu)的無損檢測。適用于檢測曲率半徑在500mm 以上的金屬蜂窩膠接結(jié)構(gòu)，能檢測單側(cè)蒙皮和帶墊板的金屬蜂窩結(jié)構(gòu)的脫粘缺陷。

2.5 超聲法

超聲波檢測法是依據(jù)定向輻射超聲波束至缺陷界面上產(chǎn)生反射，或使透過的能量下降等原理，通過測量回波的時間、透過波強度變化而指示的一種缺陷（損傷）檢測方法。該方法的優(yōu)點是：超聲波穿透能力較大，例如在鋼中的有效探測深度可達1米以上；對平面型缺陷如裂紋、夾層等，探傷靈敏度較高，并可測定缺陷的深度和相對大小。超聲波探傷的種類很多，按探傷原理可分為脈沖反射法、穿透法和共振法；按顯示方式可分為A型幅度、C 型斷面、C 型平面和立體成像顯示等。其中，C 掃描由于顯示直觀、檢測速度快，已成為飛行器零件等大型復合材料構(gòu)件普遍采用的檢測技術(shù)。A 掃描檢測可逐點覆蓋檢測結(jié)構(gòu)件的所有檢測面，設備簡單，實施方便，但檢測可靠性低，主要取決于檢測者的技術(shù)水平和敬業(yè)精神，目前在外場的復合材料超聲檢測多數(shù)采用人工超聲波A 掃描檢測。

2.6 射線法

對于復合材料結(jié)構(gòu)而言，射線檢測是最直接、最有效的無損檢測技術(shù)之一。它是用X 射線透過復合材料（厚度方法），以感光膠片或像的黑度變化形式記錄缺陷引起的射線強度變化，或?qū)⑦@種缺陷引起的射線強度變化通過感光屏和圖像增強，利用計算機等輔助成像顯示，進行缺陷檢測。該法特別適合于檢測纖維增強層板結(jié)構(gòu)中的孔隙和夾雜等體積型缺陷和夾芯結(jié)構(gòu)中的芯子變形、開裂、發(fā)泡膠發(fā)泡不足以及鑲嵌物位置異常等缺陷的檢測。射線檢測對垂直于材料表面的裂紋也具有較高的檢測靈敏度和可靠性，但對復合材料結(jié)構(gòu)中的分層缺陷不敏感。

2.7 紅外熱成像法

紅外熱成像法是利用熱像儀以熱圖的方式非接觸地測定被檢工件表面的溫度分布及等溫線輪廓的檢測方法。可用于外場原位檢測層壓板結(jié)構(gòu)中存在的分層、沖擊損傷、脫粘和夾芯結(jié)構(gòu)中的板芯脫粘、進水等缺陷。根據(jù)熱激勵方式的不同，該方法又分為脈沖加熱法、調(diào)制加熱法和超聲波激勵加熱法。紅外熱成像法的特點是非接觸，檢測不受結(jié)構(gòu)外形的影響，快速、高效、靈敏度高，但需對被檢測結(jié)構(gòu)進行熱加載。

2.8 其它方法

此外，還有全息照相、核磁共振和微波等方法。

3 不同類型結(jié)構(gòu)和缺陷檢測方法的選取

飛機不同類型結(jié)構(gòu)、缺陷檢測方法的選擇可參見表1 和表2。

表1 不同類型結(jié)構(gòu)檢測方法的選擇Tab.1 Detection method for different structures

表2 不同缺陷檢測方法的選擇Tab.2 Detection method for different defects

飛機上不同類型結(jié)構(gòu)、缺陷的檢測，所采用的方法是不同的。例如，某飛機上復合材料、蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)和膠接結(jié)構(gòu)的膠接質(zhì)量檢驗，主要采用聲振檢測法，包括聲阻抗、敲擊法和聲諧振。其中，聲阻抗法用于復合材料蒙皮內(nèi)分層、蒙皮與蜂窩間脫粘和板—板間脫粘的檢測；敲擊法用于蒙皮內(nèi)分層和蒙皮與蜂窩間脫粘的檢測；聲諧振法用于鋁合金蜂窩膠結(jié)結(jié)構(gòu)蒙皮與框架間的未膠透的檢測[4,5]。

4 結(jié)束語

飛機復合材料損傷檢測，是確定復合材料構(gòu)件損傷修復方案或報廢的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其檢測方法的選取不能簡單地沿用金屬材料的檢測方法，應根據(jù)或參考有關(guān)標準合理的選取方法和進行檢測。對于新機上出現(xiàn)的新的結(jié)構(gòu)形式和損傷情況，應積極探索，建立新的檢測標準，以適應新機修理的需要。

[1]姚武文.新機復合材料構(gòu)件損傷修理技術(shù)研究，探索、創(chuàng)新、交流——第四界中國航空學會青年科技論壇文集[M].北京：航空工業(yè)出版社，2010.

[2]姚武文.飛機戰(zhàn)傷分析、評估與修復[M].北京：解放軍出版社出版，2006.

[3]姚武文，路陽，周平.如何預防飛機膠接修理的質(zhì)量缺陷[J].北京：航空維修與工程，2006（增刊）.

[4]姚武文.粘接技術(shù)在飛機復合材料修理中的應用 [J].粘接，2001，5.

[5]陳紹杰.復合材料結(jié)構(gòu)修理指南[M].航空工業(yè)出版社，2001.