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对飞机的复合材料进行无损粘接检测

更新时间:2022-08-30      点击次数:1324

 

对飞机的复合材料进行无损粘接检测


应用

要保证航天飞机的复合材料结构在整个在役过程中的完整性,材料的完好粘接状态至关重要。为此,大家开发了用于在维护过程中评估材料粘接质量的无损检测(NDT)方法。这则应用注释回顾了最近为提高检测的可靠性而开发的多种方法。


背景

目前在飞机制造过程中对复合材料的使用急剧增长。各大主要机身制造商,如:波音(Boeing)和空中客车(Airbus),在他们各自的商业飞机制造中,已经极大地增加了对复合材料的使用。Boeing 787的整个机身几乎都是由复合材料制成,而Airbus A380和A350也添加了大量的复合材料结构。支线和商用喷气式飞机制造商在制造各自的飞机时,也增加了对复合材料的使用。在飞机的制造上,也出现了同样的复合材料使用增长的现象,如:F22战斗机和A400运输机。

 

 

 

由于飞机的结构很容易受到撞击和雷击,因此需要使用一些可靠有效的无损检测方式(NDT),对飞机受到撞击后可能出现的损伤进行快速评估。这些由各地的NDT检测人员所使用的方法和仪器,一定要简单好用,以确保在飞机的维护核查过程中,获得一致性的检测结果。

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飞机受到撞击后,可能会使其复合材料结构出现不同类型的损伤。损伤的情况会根据复合材料部件的特性、组成材料及密度而不同。复合材料层压结构受到撞击后产生的缺陷,主要是机身的各种层压材料之间以及与机翼蒙皮之间的分层缺陷。不过撞击也会引起蒙皮与加强筋之间的脱粘。这种脱粘情况会极大地伤害飞机结构的完整性。B787型和A350型飞机的机身主要为层压结构。


在层压碳皮之间的带有蜂窝夹芯(NOMEX等)的复合材料夹层结构中,撞击结果会表现为不同类型的损伤。在飞机遭到撞击后,可能会出现以下缺陷:

A型:平行于表面的外部CFRP蒙皮的多层材料之间出现分层缺陷

B型:外侧蒙皮与蜂窝芯之间的脱粘缺陷

C型:平行于检测表面的蜂窝芯出现裂纹

D型:平行区域的蜂窝芯被碾碎

E型:内侧蒙皮与蜂窝芯之间的脱粘缺陷

F型:蜂窝芯中有流体侵入

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奥林巴斯的Bondmaster 600 是一款使用一发一收模式、机械阻抗分析(MIA)和谐振检测方式对复合材料进行检测的多模式超声粘接检测仪器。很久以前这款仪器就用于对大多数现有的飞机进行检测,只是最近又开发出了借助这款仪器完成的新的检测方式。

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一发一收模式用于检测带有蜂窝结构的复合材料。发射器将声能传送到工件内,然后,接收器再接收反射回来的声能。在粘接完好的条件下,部分声能由于蜂窝结构的吸取而产生衰减。当探头被放置在脱粘区域上时,返回到接收器的声能会变得很大,并会引起波幅的变化。

 

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这项技术最近得到了优化调整,可以可靠地探测到位于40毫米厚的蜂窝结构以下远端的(面积为25毫米 × 25毫米)脱粘缺陷,如:E型缺陷。针对困难且费时的空中客车(Airbus)飞机的检测,大家专门设计了一种新式差分高电压探头。在空中客车的维护公告中,现在记载着使用这种探头检测所获得的非同寻常的结果。


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