對飛機(jī)的復(fù)合材料進(jìn)行無損粘接檢測

應(yīng)用

要保證航天飛機(jī)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在整個(gè)在役過程中的完整性，材料的完好粘接狀態(tài)至關(guān)重要。為此，我們開發(fā)了用于在維護(hù)過程中評估材料粘接質(zhì)量的無損檢測（NDT）方法。這則應(yīng)用注釋回顧了最近為提高檢測的可靠性而開發(fā)的多種方法。

背景

目前在飛機(jī)制造過程中對復(fù)合材料的使用急劇增長。各大主要機(jī)身制造商，如：波音（Boeing）和空中客車（Airbus），在他們各自的商業(yè)飛機(jī)制造中，已經(jīng)極大地增加了對復(fù)合材料的使用。Boeing 787的整個(gè)機(jī)身幾乎都是由復(fù)合材料制成，而Airbus A380和A350也添加了大量的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。支線和商用噴氣式飛機(jī)制造商在制造各自的飛機(jī)時(shí)，也增加了對復(fù)合材料的使用。在飛機(jī)的制造上，也出現(xiàn)了同樣的復(fù)合材料使用增長的現(xiàn)象，如：F22戰(zhàn)斗機(jī)和A400運(yùn)輸機(jī)。

由于飛機(jī)的結(jié)構(gòu)很容易受到撞擊和雷擊，因此需要使用一些可靠有效的無損檢測方式（NDT），對飛機(jī)受到撞擊后可能出現(xiàn)的損傷進(jìn)行快速評估。這些由各地的NDT檢測人員所使用的方法和儀器，一定要簡單好用，以確保在飛機(jī)的維護(hù)核查過程中，獲得一致性的檢測結(jié)果。

飛機(jī)受到撞擊后，可能會使其復(fù)合材料結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同類型的損傷。損傷的情況會根據(jù)復(fù)合材料部件的特性、組成材料及密度而不同。復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)受到撞擊后產(chǎn)生的缺陷，主要是機(jī)身的各種層壓材料之間以及與機(jī)翼蒙皮之間的分層缺陷。不過撞擊也會引起蒙皮與加強(qiáng)筋之間的脫粘。這種脫粘情況會極大地傷害飛機(jī)結(jié)構(gòu)的完整性。B787型和A350型飛機(jī)的機(jī)身主要為層壓結(jié)構(gòu)。

在層壓碳皮之間的帶有蜂窩夾芯（NOMEX等）的復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)中，撞擊結(jié)果會表現(xiàn)為不同類型的損傷。在飛機(jī)遭到撞擊后，可能會出現(xiàn)以下缺陷：

A型：平行于表面的外部CFRP蒙皮的多層材料之間出現(xiàn)分層缺陷

B型：外側(cè)蒙皮與蜂窩芯之間的脫粘缺陷

C型：平行于檢測表面的蜂窩芯出現(xiàn)裂紋

D型：平行區(qū)域的蜂窩芯被碾碎

E型：內(nèi)側(cè)蒙皮與蜂窩芯之間的脫粘缺陷

F型：蜂窩芯中有流體侵入

奧林巴斯的Bondmaster 600 是一款使用一發(fā)一收模式、機(jī)械阻抗分析（MIA）和諧振檢測方式對復(fù)合材料進(jìn)行檢測的多模式超聲粘接檢測儀器。很久以前這款儀器就用于對大多數(shù)現(xiàn)有的飛機(jī)進(jìn)行檢測，只是最近又開發(fā)出了借助這款儀器完成的新的檢測方式。

一發(fā)一收模式用于檢測帶有蜂窩結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。發(fā)射器將聲能傳送到工件內(nèi)，然后，接收器再接收反射回來的聲能。在粘接完好的條件下，部分聲能由于蜂窩結(jié)構(gòu)的吸收而產(chǎn)生衰減。當(dāng)探頭被放置在脫粘區(qū)域上時(shí)，返回到接收器的聲能會變得很大，并會引起波幅的變化。

這項(xiàng)技術(shù)最近得到了優(yōu)化調(diào)整，可以可靠地探測到位于40毫米厚的蜂窩結(jié)構(gòu)以下遠(yuǎn)端的（面積為25毫米 × 25毫米）脫粘缺陷，如：E型缺陷。針對困難且費(fèi)時(shí)的空中客車（Airbus）飛機(jī)的檢測，我們專門設(shè)計(jì)了一種新式差分高電壓探頭。在空中客車的維護(hù)公告中，現(xiàn)在記載著使用這種探頭檢測所獲得的非同尋常的結(jié)果。

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