航空復合材料無損檢測技術發展

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了航空復合材料無損檢測技術發展范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：本文通過分析梳理了航空復合材料無損檢測及評估領域在最近10年間的重大研究成果，重點解析了航空復合材料NDT&E技術及其發展現狀，介紹了多種NDT&E方法在航空復合材料結構制造、服役及維修中的應用實效，最后總結了航空復合材料NDT&E技術當前面臨的挑戰，并且分析了未來發展趨勢。

關鍵詞：無損檢測；復合材料；缺陷評估；超聲檢測

目前，航空領域廣泛應用了性能優越的復合材料，從而對復合材料的無損檢測及評估技術提出了強烈需求和更高要求，它也由此成為了業內普遍關注的研究熱點。比如，飛機機翼、機身等關鍵結構部位大多選用碳纖維增強樹脂基復合材料，在對此類復合材料進行檢測及評估時優選NDT&E技術，這一現實需求有力推動了復合材料NDT&E技術的向前發展。通過文獻分析發現，近年來國內外陸續刊出了多篇關于復合材料NDT&E技術的學術專著，涉及新的復合材料成型工藝、新的航空復合材料、新的復合材料結構等多個方面，這意味復合材料NDT&E技術已經提升到更高的技術水準，并且同步推出了復合材料NDT&E的新儀器、新方法，從而為推廣和應用復合材料NDT&E技術提供了保障。

1復合材料NDT&E技術相關研究

1.1超聲檢測技術的研究

查閱相關資料，發現學術界和工程界都將超聲檢測作為主要的復合材料NDT&E方法，近年來的研究主要聚焦于以下兩個方面：其一，聲波時域行為的探究和利用，深入探究超聲波在復合材料中產生的不同聲波信號的時域特性，通過分析穿透信號或超聲回波的傳播時間、幅值、衰減等時域特征，來支撐針對復合材料的超聲檢測功能；其二，聲波頻域特性的研究與應用，分析超聲波在復合材料中形成的聲波信號的頻域特性，據此表征及評估復合材料存在的缺陷。主要分為：以單聲源為基礎的超聲檢測技術、以陣列聲源為基礎的超聲檢測技術、激光超聲檢測方法以及超聲導波檢測方法。

1.2X射線檢測技術的研究與進展

當前，復合材料X射線檢測技術應用較為廣泛，包括蜂窩芯的檢測、微結構的表征、特殊復合材料結構部位的缺陷表征及評估。Dietrich利用μ–CT方法開展了蜂窩夾芯微觀和介觀結構的3D層析試驗，證實了μ–CT方法能夠準確表征蜂窩芯的微觀、介觀結構和沖擊變形，配合3D圖像分析技術，還能夠表征面板纖維的取向以及蜂窩芯的幾何形變。目前，μ–CT方法常用于小試樣的微結構表征、變形分析以及微缺陷評估等。

1.3紅外熱像檢測方法的研究

近年來，針對紅外檢測技術的研究聚焦于脈沖紅外熱像方法，即通過試樣檢測的方法探究脈沖紅外熱像方法對于較大尺寸的人工缺陷、損傷的檢測效果。目前，紅外熱像檢測方法在復合材料制造階段的適用性不佳，尚未實現應用普及。

1.4ESPI檢測方法的研究

創建ESPI檢測技術的最初目的就是實現對復合材料或者特別情景的損傷進行檢測，國外對此項檢測技術的研究進展較快。比如，Choi利用激光源Nd組織了RDPI檢測試驗，即利用ESPI檢測技術對復合材料蜂窩結構中由沖擊造成的分層現象進行檢測試驗。

2復合材料NDT&E技術應用

2.1復合材料NDT&E技術的應用方向

當前，通過對復合材料NDT&E技術的探究我們可以總結出其主要應用于如下：（1）探究NDT&E新機制；（2）探究NDT&E新技術；（3）NDT&E的利用和研究，包括新工藝準則的設置、新裝備的研制等。基于此，復合材料NDT&E技術正朝向以下四個應用方向進展，具體來說：（1）面向復合材料研發過程中的NDT&E。緊隨復合材料的研發步調，基于NDT&E技術、方法對復合材料的內部缺陷進行表征及評估，以及利用超聲NDT&E檢測方法揭示復合材料的微結構及彈性性能，逐步建立起面向復合材料研發過程的NDT&E方法體系，并且為復合材料缺陷評估提供基礎判據。（2）面向復合材料結構制造過程中的NDT&E。選用適當的NDT&E技術，在復合材料的加工制造過程中，對復合材料結構進行無損檢測和評估，并未復合材料的工藝改進和質量控制提供依據。面向復合材料結構制造過程中的NDT&E通常選用技術成熟的檢測方法，而且必須在制造現場或原位來施行。

2.2超聲檢測技術的應用

目前，超聲檢測技術是最為常用的復合材料NDT&E檢測方法，結合實務應用情況，超聲檢測方法主要應用于以下場景：（1）復合材料的缺陷表征及評估。（2）復合材料工藝研發過程中的缺陷檢測及評估。（3）復合材料結構研制階段的NDT&E。（4）復合材料工藝制造階段的NDT&E。

2.3X射線檢測技術的應用總結

X射線檢測技術在復合材料檢測領域中的應用現狀，如下：（1）針對試樣試片的微結構分析及表征，比如，利用μ–CT方法對復合材料的微結構進行表征，以及對復合材料的微氣孔進行分析；（2）測試復合材料中是否存在高密度夾雜物；（3）揭示復合材料蜂窩夾芯的結構。歸納來說，經過長期的研發、試驗，X射線檢測技術現已實現了工業級應用，被認為是最具潛力的航空復合材料蜂窩夾芯結構檢測方法，而且DR檢測技術在實踐中已經被證實具備良好的檢測效果，并且不會排除廢物廢液，缺陷檢測速度較高，大有取代傳統膠片照相法的勢頭。CT檢測方法通常被認為是超聲檢測方法的補充，能夠對某些特殊的復合材料結構部位或零部件制品進行檢測，可是CT檢測方法并不適用于對較大尺寸的復合材料板類制件、存在面積型缺陷的復合材料以及翼身類壁板結構等進行檢測。

3復合材料NDT&E技術發展面臨挑戰

3.1復合材料NDT&E技術發展所面臨的挑戰

以下從四個方面解析航空復合材料NDT&E技術當前發展所面臨的技術調整，具體如下：（1）在超聲檢測技術方面：超聲檢測技術是當前最為常見的航空復合材料無損檢測技術，面向日益更新的復合材料、材料結構以及制造工藝，需要不斷創新缺陷識別機理、檢測技術以及缺陷判據，這是超聲檢測技術后續發展的重要風險；航空復合材料結構正朝向復雜化、大型化的分析發展，傳統超聲檢測技術在應用中效果不佳，而應當著力研發具有多維特征的快速可視化檢測技術，建立起工業級的智能化、可視化檢測系統，這也是超聲檢測未來發展所面臨的重要技術難題。（2）在X射線檢測技術方面：目前，許多X射線檢測技術業已實現工業應用，但是多數檢測方法在應用中都存在不足，比如排放廢物廢液，損害自然環境等，因此，后續研究應當致力于研發環境友好型X射線檢測技術，比如，大力發展DR檢測技術，尤其通過技術改進提高其檢測分辨率，最終取代傳統的膠片照相法。（3）在聲振、ESPI檢測、紅外等檢測技術方面：針對特定的復合材料或者特殊的檢測環境，研制出易于實現、易于控制的加載技術，在此基礎上提出可以實現快速檢測以及輸出可視化結果的復合材料缺陷檢測方法。

3.2復合材料NDT&E技術發展新的探索

根據復合材料產業鏈的發展趨勢，尤其注意復合材料智能制造的發展需求，不斷研發新的智能化、可視化、環境友好型的NDT&E技術、方法及裝備，為未來的復合材料全壽命設計和智能制造等實務工作提供技術支持。歸納來說，不管何種NDT&E檢測技術的研發和應用都必將經歷一段漫長的發展時期，期間必將遭遇多重挑戰，其技術軌跡可以提煉為“檢測→評估→智能檢測→智能評估→智慧檢測→智慧評估→智慧預測”，這項偉大的工作需要更多地科研人員付出精力和熱情。

4結語

根據文獻分析的結果，超聲檢測是目前最為常見的復合材料NDT&E檢測技術，選用適當的超聲檢測方法，通過分析超聲波在復合材料中的傳播行為及其變化規律，能夠揭示出復合材料可能存在的缺陷、損傷，還能夠快速識別出復合材料檢的缺陷類型及其損傷程度，超聲檢測技術符合復合材料工程智能化、可視化、自動化NDT&E的發展方向，還能對接于復合材料的智能制造，這使其表現出著旺盛的研發活力。面向日益更新的復合材料新材料、新結構、新工藝以及不斷提高的檢測需求，超聲NDT&E技術正面臨艱巨的技術難題，需要通過技術改進、技術創新的方式予以攻克。

參考文獻：

[1]高凡.低空空域內航空器飛行的安全間隔和風險概率分析[J].企業技術開發，2018(06)：56-57.

[2]鐘文豪.基于航空器動力參數的飛行位置預測[J].中國科技信息，2018(02):123-124.

[3]楊崇瑩,黃曉東.談MEL在航空器活動中的作用和編寫管理[J].航空維修與工程，2017(06):65-66.

[4]李凡.淺談熟悉航空器性能對做好管制工作的重要性[J].空中交通管理，2018(04):45-46.

[5]吳凌華.淺談航空器電子儀表故障的排除策略[J].電子世界，2020(08):78-79.

作者：唐國棟 單位：四川航空股份有限公司工程技術分公司