飞机复合材料的先进无损检测技术

白艳 董楹

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150066

飞机复合材料以其可设计性强、比钢度高和热稳定性好的优点成为民用飞机的主要结构材料，但是在具体的使用过程中，仍旧会存在着一些缺点和不足，为了保证各个构件的质量和安全性能，无损检测技术的重要性就越来越突出，只有加强无损检测，才能避免飞机成型及使用过程中各种不确定因素的出现，提高复合材料结构件的质量，推动我国航空航天事业的健康发展[1]。

1 飞机复合材料应用与发展现状

1.1 在民用客机结构中的应用

复合材料在长期的发展中有着自身的优势，之所以被应用到民用客机机身结构当中，除了它的热稳定性、耐磨损性以及比重小等等优点之外，复合材料还具有一定的耐疲劳性和可设计性，所以在民用客机的应用起到了提高飞机性能指标的作用。比如说在波音787 客机中的应用，其机身重量比使用传统铝合金材料要减少许多，而且各项性能指标也非常稳定，所以波音787客机与其它客机相比，更具有其优越性，机身结构强度等物理力学性质提升很多，成为历史上首架超远程中型客机。而这种复合材料在波音公司早就开始尝试和应用，早期的如A350 客机的机翼、A310 客机的尾翼便主要由先进复合材料所制成，而且随着复合材料研究的进一步深入，波音公司在客机的使用比例上也在不断的加大。

1.2 在军用飞机结构中的应用

因为复合材料人比重较小，所以在近年来的发展中，军用飞机也在使用这种先进的材料，比如说我国的歼-20第五代重型战斗机，所有材料中复合材料的占比已经达到了百分之二十左右，这个比例能够与美国的F22 主力战斗机机型中复合材料的使用比例相当。

虽然复合材料在飞机的制造中已经被认可和肯定，但是也存在着一些缺陷和不足，需要进行深入的检测和改善，这样才能更进一步的推动其发展。

2 飞机复合材料的先进无损检测技术

无损检测技术就是在不损伤材料和飞机零部件使用恒通的基础上，利用各种手段去进行材料的检测，从中发现材料使用过程中的缺陷和不足，并对其缺陷的大小、形状、位置、种类等等去进行确定，以提高材料的使用性能和使用效果。无损伤检测技术不仅能够起到检测产品质量的作用，而且还可以提高其安全性能，保证使用过程中的稳定性和可靠性，达到延长产品寿命的效果。在飞机复合材料的先进无损检测技术中，通过利用光、电、声、热、磁、射线等等手段，在不改变其状态和形状的前提下进行有效的检测。所以无损检测技术的种类很多。

2.1 超声检测技术

超声检测技术是当前飞机复合材料检测过程中最主要的手段之一，它可以判断出材料的厚度、密度、疏松度，还可以检测出复合材料气孔、裂纹、夹杂等缺陷。

超声检测技术操作简单、可精确确定缺陷位置，实现检测技术的高灵敏度，同时超声检测技术也存在着一定的局限性，它对于一些薄而小的零件难以进行检测，而且检测效率非常低下。但是由于超声检测技术直观、速度快，所以一直被飞机中大型复合材料构件的检测工作所采用，而且也取得了良好的效果[2]。

2.2 空气耦合超声检测技术

在我国科学技术不断发展的社会背景下，新型换能器及信号处理技术也在不断的创新，有效的推动了空气耦合式超声检测技术的应用。因为空气耦合式超声检测技术就以空气为介质的，所以在进行检测的过程中可以实现非接触检测，不会对换能器造成磨损，就能够实现快速而准确的扫描，所以这种技术通常被应用在材料板的脱层、脱粘、夹杂和纤维断裂等等缺陷中，它可以解决传统检测技术不能实现的问题。但是空气耦合式超声检测技术因为信号衰减较大，对于那些声阻抗较高的材料无法进行在线检测，这也是需要进行改进与提升的地方。

2.3 激光超声检测技术

激光超声检测技术是利用高能量的激光脉冲与物质表面的瞬时作用，形成热应力，从而在物体内部产生一种超声波，它通常被用于一些形状较为复杂的小尺寸复合材料结构以及一些高温材料，因为纯粹的激光超声检测技术是不需要进行接触的。

2.4 相控阵超声检测技术

相控阵超声检测技术其探头是由多个晶片组成的换能器阵列，是一种多声束的扫描成像技术，各相位可以利用软件进行焦点聚集和控制，不用移动探头就能够进行大面积的扫描，而且其分辨率和信噪比的检测率特别高。

2.5 红外热成像检测技术

红外热成像检测技术就通过扫描、记录或观察被检测工件表面，利用红外辐射原理向深层传递的差别而导致表面温度场变化，找到复合材料构件的内部缺陷。红外热成像检测技术还可以分为脉冲加热法、调制加热法和超声波激励加热法。主要对层板的分层、脱胶和夹杂，金属胶接件的脱胶和腐蚀等等问题进行检测。它的最大优点就是能够在非接触的在线检测中实现大面积的检测，并且对缺陷部位能够快速成像，但是这种技术在检测过程中需要长时间加热，所以要避免因为过热而引发构件新的缺陷，同时其分辨率较低，也不适用于厚度大的构件检测。

3 结语

总而言之，随着我国经济的飞速发展，航空航天事业也得到了技术的支撑，而复合材料的应用率也是越来越广泛，为了提高复合材料的使用效果，先进的无损检测技术则成为重中之重，只有不断提高无损检测技术的质量和效率，并根据飞机复合材料构件的具体要求去进行合理的选择，才能实现检测过程的有效性，促进我国飞机制造业的健康稳定发展[3]。