SR20飛機復合材料無損檢測方法適用性研究

南勇濤

摘 要：SR20飛機是民航飛行學院洛陽分院現役的主力初教機型，承擔了大量的飛行教學訓練。該機型的機身、機翼、起落架等構件均采用了先進復合材料制成，現有的無損檢測能力不能滿足維修工作的需要。本文根據SR20飛機復合材料的特點，研究適用于SR20飛機的復合材料在役缺陷的無損檢測方法。

關鍵詞：SR20飛機、復合材料、無損檢測、典型性損傷

1.SR20飛機復合材料類型

SR20飛機復合材料結構包括二級粘接，層壓板和夾芯結構。

2.SR20飛機復合材料在役損傷類型

SR20飛機的復合材料損傷主要是撞擊引起，比如鳥擊、冰雹砸傷等，主要分為以下幾種：

2.1二級粘接結構損傷

該類型的損傷主要發生在已成型復合材料粘接處的脫膠。

2.2固體層壓板損傷

該類型的損傷又分為穿透性和非穿透性損傷。非穿透性損傷主要是沒有穿透結構上下表面的磨損、分層、表面撞擊、凹坑、開裂等，穿透性性損傷通常是材料斷裂和貫穿性損傷，這類損傷通常穿透了復合材料的上下表面。

2.3夾芯結構損傷

SR20飛機夾芯結構損傷包括夾芯壓壞、夾芯和上下面板之間的脫膠、夾芯結構穿透/穿孔、夾芯面板裂紋等，其中開裂、分層和脫膠是SR20飛機復合材料的主要損傷類型。

3.SR20飛機復合材料無損檢測方法適用性

適用于SR20飛機復合材料的檢測方法的適用性：

3.1目視檢測方法

直接目視檢查，也可借助放大鏡、孔探儀等輔助工具。該方法可檢測SR20飛機復合材料表面的劃傷、裂紋、起泡、起皺、凹痕裂紋、表面磨損、粘接脫膠等缺陷。

3.2敲擊法檢測

敲擊法原理是使用敲擊工具敲擊工件，有缺陷與無缺陷區域的回聲因自然頻率不同而有差異，從而可以辨別缺陷的存在。適用于SR20飛機蒙皮層壓板或夾芯結構的分層、脫膠缺陷的初步檢查。

3.3滲透檢測

該方法對于飛機結構零件的表面開口性缺陷是一種可靠的、檢測費用低的、操作簡單的方法。這種方法可以檢測出無輔助設備的目視檢測不可能檢查出的缺陷，該方法只是適用于SR20飛機復合材料表面開口性缺陷，不適用于層壓板內部的分層、二次粘接結構的開膠等材料下表面的缺陷的檢查。

3.4超聲檢測

SR20飛機結構中所使用的結構材料幾乎都可以進行超聲波檢測，如結構中可能產生的疲勞裂紋、斷裂、腐蝕和磨損等損傷均可用超聲波檢測。超聲對表面下缺陷檢測靈敏度非常高。特別是SR20飛機的復合材料，比如機翼蒙皮、機身蒙皮的分層和粘膠結構的脫粘缺陷，可使用脈沖反射法的縱波進行檢測。現在有比較成熟的超聲粘膠檢測儀，比如奧林巴斯公司的OmniScan MX ECA/ECT粘接探傷儀適用于SR20飛機蜂窩結構復合材料的脫膠檢測、分層檢測。

3.5射線檢測

X射線檢測是利用缺陷和基體間的密度差異引起的對X射線的吸收率不同來判定缺陷。該方法是可用于SR20飛機復合材料損傷檢查，但是X射線對細胞有強烈殺傷作用，加之檢測設備投資大，檢測費用較貴，較難檢測與射線束方向夾角較大的裂紋等點、面型缺陷等缺點。在損傷能被其它方法檢出的情況下，X射線檢測將不作為SR20飛機復合材料檢測的優先選擇方法。

3.6紅外熱像檢測

該方法原理是通過紅外熱像儀記錄和觀察被檢測復合材料表面的溫度變化來檢測物體缺陷和損傷。適用于SR20復合材料構件的分層、脫粘、等缺陷的檢測，特別是撞擊引起的飛機蒙皮的層壓板或夾芯板的分層、脫膠，夾芯結構的積水等面積型缺陷，不適用于夾芯層損壞的檢測。

3.7聲阻法檢測

聲阻法檢測又稱機械阻抗法檢測，它是通過測量結構件被測點振動阻抗的變化來確定是否有異常的結構存在，可實現對SR20飛機蒙皮與隔框間二次粘接結構的脫粘檢測。

4.SR20飛機復合材料結構的無損檢測方法選用

4.1二次粘接結構

用目視和金屬敲擊法可檢測可接近區域的二次粘接結構的脫膠，必要時應借助于內窺鏡、纖維鏡等工具，用專用的聲阻儀、超聲波粘接探傷儀效果會更好。

4.2層壓板結構

對于SR20飛機層壓板的的劃傷、裂紋、破損、分層的檢測，應先選擇目視、敲擊法進行初步檢查，可選擇滲透檢測確定表面開口性損傷的范圍和程度，可選擇熱紅外線或超聲波檢測來確定表面下分層的范圍和程度。

4.3夾芯結構

對于夾芯結構面板的損傷檢測可參見層壓板的檢測方法，對于面板和夾芯的脫膠，通常容易接近，可首先使用金屬敲擊法進行初步的檢測，然后用熱紅外線或超聲波檢測進行。對于夾芯的壓壞損傷，不能使用熱紅外線檢測，可使用超聲波檢測。

5.典型性損傷的無損檢測

撞擊是SR20飛機復合材料發生損傷的主要原因，多發生在平整光滑的機翼、機身外表面部位，其結構類型可能是層壓板或夾心結構或二次膠接結構，造成的損傷為裂紋、破損、凹坑、分層或脫膠。發生此類損傷時，首先要查詢SR20飛機維護手冊51-00章節確定該區域的結構類型。而后選擇目視和敲擊法進行初步檢查，因為漆層比復合材料更脆，因此復合材料基體有損傷時，其表面漆層一般有明顯損傷如裂紋等顯示，用目視檢查表面漆層開裂情況，結合金屬敲擊法，用硬幣或專用敲擊工具敲擊被檢表面，如果有比較沉悶的聲音，則表明有分層或脫膠的情況。此時需要去除表面的漆層，進行下一步的檢查。去除漆層后，如果復合材料表面有區別于正常顏色的發白區域或有裂紋、凹坑等損傷，則需要根據SR20飛機維護手冊51-10內容來判斷損傷的范圍和程度。可用在背板的位置放置強光光源來判斷是否有分層和脫膠，并且需要借助強光源、內窺鏡、反光鏡檢查背板的損傷情況。如果有表面開口損傷，可用滲透檢測的方法檢測表面裂紋的范圍及大致的受損程度。可用熱紅外線、超聲波檢測來精確地確定裂紋、破損、分層、脫膠等缺陷受損的范圍和程度。

6.總結

在SR20飛機復合材料檢測的實際應用中，需要根據被檢材料的類型和需要檢測的缺陷或損傷的類型、大小、位置、取向等特性以及檢測設備的檢測能力等諸多因素，選擇不同的方法。

參考文獻：

[1]SR20 飛機維修手冊

[2]T/CAMAC 0007—2020《民用航空無損檢測 復合材料構件紅外熱像檢測》