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對飛機(jī)的復(fù)合材料進(jìn)行無損粘接檢測

時間:2022-8-29閱讀:1755
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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,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。

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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

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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。

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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,返回到接收器的聲能會變得很大,并會引起波幅的變化。

 

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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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