SR20飞机复合材料无损检测方法适用性研究

南勇涛

摘 要：SR20飞机是民航飞行学院洛阳分院现役的主力初教机型，承担了大量的飞行教学训练。该机型的机身、机翼、起落架等构件均采用了先进复合材料制成，现有的无损检测能力不能满足维修工作的需要。本文根据SR20飞机复合材料的特点，研究适用于SR20飞机的复合材料在役缺陷的无损检测方法。

关键词：SR20飞机、复合材料、无损检测、典型性损伤

1.SR20飞机复合材料类型

SR20飞机复合材料结构包括二级粘接，层压板和夹芯结构。

2.SR20飞机复合材料在役损伤类型

SR20飞机的复合材料损伤主要是撞击引起，比如鸟击、冰雹砸伤等，主要分为以下几种：

2.1二级粘接结构损伤

该类型的损伤主要发生在已成型复合材料粘接处的脱胶。

2.2固体层压板损伤

该类型的损伤又分为穿透性和非穿透性损伤。非穿透性损伤主要是没有穿透结构上下表面的磨损、分层、表面撞击、凹坑、开裂等，穿透性性损伤通常是材料断裂和贯穿性损伤，这类损伤通常穿透了复合材料的上下表面。

2.3夹芯结构损伤

SR20飞机夹芯结构损伤包括夹芯压坏、夹芯和上下面板之间的脱胶、夹芯结构穿透/穿孔、夹芯面板裂纹等，其中开裂、分层和脱胶是SR20飞机复合材料的主要损伤类型。

3.SR20飞机复合材料无损检测方法适用性

适用于SR20飞机复合材料的检测方法的适用性：

3.1目视检测方法

直接目视检查，也可借助放大镜、孔探仪等辅助工具。该方法可检测SR20飞机复合材料表面的划伤、裂纹、起泡、起皱、凹痕裂纹、表面磨损、粘接脱胶等缺陷。

3.2敲击法检测

敲击法原理是使用敲击工具敲击工件，有缺陷与无缺陷区域的回声因自然频率不同而有差异，从而可以辨别缺陷的存在。适用于SR20飞机蒙皮层压板或夹芯结构的分层、脱胶缺陷的初步检查。

3.3渗透检测

该方法对于飞机结构零件的表面开口性缺陷是一种可靠的、检测费用低的、操作简单的方法。这种方法可以检测出无辅助设备的目视检测不可能检查出的缺陷，该方法只是适用于SR20飞机复合材料表面开口性缺陷，不适用于层压板内部的分层、二次粘接结构的开胶等材料下表面的缺陷的检查。

3.4超声检测

SR20飞机结构中所使用的结构材料几乎都可以进行超声波检测，如结构中可能产生的疲劳裂纹、断裂、腐蚀和磨损等损伤均可用超声波检测。超声对表面下缺陷检测灵敏度非常高。特别是SR20飞机的复合材料，比如机翼蒙皮、机身蒙皮的分层和粘胶结构的脱粘缺陷，可使用脉冲反射法的纵波进行检测。现在有比较成熟的超声粘胶检测仪，比如奥林巴斯公司的OmniScan MX ECA/ECT粘接探伤仪适用于SR20飞机蜂窝结构复合材料的脱胶检测、分层检测。

3.5射线检测

X射线检测是利用缺陷和基体间的密度差异引起的对X射线的吸收率不同来判定缺陷。该方法是可用于SR20飞机复合材料损伤检查，但是X射线对细胞有强烈杀伤作用，加之检测设备投资大，检测费用较贵，较难检测与射线束方向夹角较大的裂纹等点、面型缺陷等缺点。在损伤能被其它方法检出的情况下，X射线检测将不作为SR20飞机复合材料检测的优先选择方法。

3.6红外热像检测

该方法原理是通过红外热像仪记录和观察被检测复合材料表面的温度变化来检测物体缺陷和损伤。适用于SR20复合材料构件的分层、脱粘、等缺陷的检测，特别是撞击引起的飞机蒙皮的层压板或夹芯板的分层、脱胶，夹芯结构的积水等面积型缺陷，不适用于夹芯层损坏的检测。

3.7声阻法检测

声阻法检测又称机械阻抗法检测，它是通过测量结构件被测点振动阻抗的变化来确定是否有异常的结构存在，可实现对SR20飞机蒙皮与隔框间二次粘接结构的脱粘检测。

4.SR20飞机复合材料结构的无损检测方法选用

4.1二次粘接结构

用目视和金属敲击法可检测可接近区域的二次粘接结构的脱胶，必要时应借助于内窥镜、纤维镜等工具，用专用的声阻仪、超声波粘接探伤仪效果会更好。

4.2层压板结构

对于SR20飞机层压板的的划伤、裂纹、破损、分层的检测，应先选择目视、敲击法进行初步检查，可选择渗透检测确定表面开口性损伤的范围和程度，可选择热红外线或超声波检测来确定表面下分层的范围和程度。

4.3夹芯结构

对于夹芯结构面板的损伤检测可参见层压板的检测方法，对于面板和夹芯的脱胶，通常容易接近，可首先使用金属敲击法进行初步的检测，然后用热红外线或超声波检测进行。对于夹芯的压坏损伤，不能使用热红外线检测，可使用超声波检测。

5.典型性损伤的无损检测

撞击是SR20飞机复合材料发生损伤的主要原因，多发生在平整光滑的机翼、机身外表面部位，其结构类型可能是层压板或夹心结构或二次胶接结构，造成的损伤为裂纹、破损、凹坑、分层或脱胶。发生此类损伤时，首先要查询SR20飞机维护手册51-00章节确定该区域的結构类型。而后选择目视和敲击法进行初步检查，因为漆层比复合材料更脆，因此复合材料基体有损伤时，其表面漆层一般有明显损伤如裂纹等显示，用目视检查表面漆层开裂情况，结合金属敲击法，用硬币或专用敲击工具敲击被检表面，如果有比较沉闷的声音，则表明有分层或脱胶的情况。此时需要去除表面的漆层，进行下一步的检查。去除漆层后，如果复合材料表面有区别于正常颜色的发白区域或有裂纹、凹坑等损伤，则需要根据SR20飞机维护手册51-10内容来判断损伤的范围和程度。可用在背板的位置放置强光光源来判断是否有分层和脱胶，并且需要借助强光源、内窥镜、反光镜检查背板的损伤情况。如果有表面开口损伤，可用渗透检测的方法检测表面裂纹的范围及大致的受损程度。可用热红外线、超声波检测来精确地确定裂纹、破损、分层、脱胶等缺陷受损的范围和程度。

6.总结

在SR20飞机复合材料检测的实际应用中，需要根据被检材料的类型和需要检测的缺陷或损伤的类型、大小、位置、取向等特性以及检测设备的检测能力等诸多因素，选择不同的方法。

参考文献：

[1]SR20 飞机维修手册

[2]T/CAMAC 0007—2020《民用航空无损检测 复合材料构件红外热像检测》