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[摘 要]为保障飞行安全，必须对在役飞机机翼蒙皮（复合材料构件）进行100%无损检测。而超声波检测技术由于其具有穿透力强、缺陷定位准确、灵敏度高等优点，成为最为有效和应用最广泛的方法之一。因此，针对某型大修飞机机翼蒙皮特点，选择相应的超声波检测方法和设备进行探伤具有一定的实际意义。通过大量实践证明该检测方法灵敏度可达Φ0.5mm，满足某型大修飞机机翼蒙皮检测要求，保证了检修的质量。
[关键词]飞机机翼；复合材料；超声波检测；设备
中图分类号：V216 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0313-01
1 引言
进入21世纪以来，复合材料由于其自身特有的优点（如比强度大、抗疲劳、耐熱性和成型工艺性好等）在中国航空航天等工业领域受到广泛的应用[1]。在现代军用飞机结构中，主要应用于机翼、雷达罩、垂尾、座舱盖、轮舱盖等部位。但在复合材料的制造、成形和使用过程中，由于工作参数的偏离等许多不确定的影响因素，可能会产生影响材料使用的缺陷（如气孔、分层、界面分离、富脂等）[2，3]；为保障飞行安全，要求对由复合材料制造出的构件进行100%无损检测[4]。在众多复合材料无损检测方法中，超声波检测技术由于其具有穿透力强、缺陷定位准确、灵敏度高、检测成本低、对人体及环境无害等优点，成为最为有效和应用最广泛的方法之一[5，6]。
本文介绍了一种基于人工扫查方式的A型超声脉冲反射式检测仪对某型军用在役飞机机翼进行超声波检测的方法。通过实践证明检测灵敏度可达Φ0.5mm，满足该型飞机机翼蒙皮检测要求，保证了检修的质量。
2 A型脉冲反射式超声波检测原理
超声波是指频率大于或等于20kHz的声波，超声波检测利用的是超声波在介质中传播的特点。当超声波在介质中传播时，在不同性质的介面将发生反射、折射和复杂的波型转换，使超声波被吸收和散射，检测、分析反射信号即可实现对缺陷的检测。并根据超声波信号在材料内部缺陷区域和正常区域的反射、衰减等差异来确定缺陷的性质、位置和大小。图1所示为A型脉冲反射式超声波检测原理框架图。
3 超声波检测方法的选择依据
飞机机翼（由于保密原因，不能够展示外形以及公布具体尺寸）在服役过程中，损伤模式主要包括蒙皮基体损伤、蒙皮纤维断裂、分层损伤和蜂窝芯层脱粘等损伤。而超声波检测能很准确的检测出复合材料基体与增强体的分层破坏、宏观裂纹、树脂固化不完全、气孔、胶接的脱胶、蜂窝夹层的脱胶等复合材料缺陷，因此成为复合材料构件无损探伤的重要方法。
首先，在役飞机机翼作为一种结构复杂的复合材料构件且需要原位野外检测，一般采用超声波手动检测方法；其次，由于复合材料组织结构具有明显的各向异性导致构件的声衰减较大，宜采用反射式超声波检测；最后，因为在役机翼蒙皮表面的镀层并没有去除，具有良好的防水性能，为了节约检测成本我们选用水作为耦合剂。
在制定一个工件的检测规范时，需要对工件、检测要求、方法和设备等作全面的综合考虑。基于以上分析，我们最终选用了基于人工扫查方式的A型脉冲反射式检测方法对该型飞机机翼进行超声波检测。
4 仪器设备
本文所采用设备为由北京某研究所研制的FCC-D复合材料超声检测仪和专用的超声波水膜聚焦换能器（如图2）。该仪器基于射频（RF）超声检测原理，采用独特的宽带窄脉冲激励技术，是一种高分辨率复合材料专用无损检测仪器，可以检测复合材料构件内部的多种缺陷（如：分层、夹杂、气孔、富脂、脱粘等）。由于设备轻便，非常适用于在野外复杂环境场合下，复合材料构件的超声波检测。针对该型机翼的结构特点，对水膜聚焦换能器的参数进行配套设计，提高了检测灵敏度。
5 典型缺陷检测结果与分析
通过对多架飞机机翼进行超声波检测，得到了一些典型缺陷的波形图（如图3）。
如图图3（a）所示，当机翼蒙皮完好时，基体与增强体之间具有良好的声耦合效果，蒙皮底面回波（B）清晰可见，且与始波波形相位相差180°。
机翼蒙皮在服役过程中，由于受载荷、振动、湿热酸碱等环境因素的综合作用，容易使胶接层产生气孔、疏松等缺陷。在机翼蒙皮中，一般为单个球状或椭圆形气孔，体积小且表面较为光滑。波形特征如图3（b），单个气孔为一个较稳定的单脉冲波，波形轮廓清晰，会使回波波峰有所下降，但影响不大。
机翼在铆接过程和装配中，由于操作不当容易形成孔边的分层缺陷；加上服役过程中，飞机机翼由于受到恶劣环境、高强度使用等因素的综合作用可能导致初始缺陷（如气孔、疏松等）的扩展产生新的损伤。通过观察图3（c）可知，当缺陷当量大于换能器检测面积时，机翼底面回波消失，分层处产生二次缺陷回波。
6 结论
飞机复合材料结构的可靠性与安全性非常关键，对复合材料结构内部的缺陷和损伤进行无损检测，是检验产品质量、保证飞行安全极为重要的技术手段。通过对多架次的该型飞机机翼进行超声波检测，发现大量的气孔、疏松、分层等缺陷，且其他的检测手段也证明了该结果的真实可靠性。大量实践证明，该检测方法的检测灵敏度可达Φ0.5mm的微气孔，满足该型飞机机翼蒙皮检测要求，保证了检修的质量。
参考文献
[1] 姚武文.新机复合材料构件损伤修理技术研究，第四界中国航空学会青年科技论坛文集[M].北京：航空工业出版社，2010.
[2] 许占显.飞机损伤检测影响因素分析[J].无损检测，2001.
[3] 徐丽，张幸红.航空航天复合材料无损检测研究现状[J].材料导报，2005.
[4] 刘松平，刘菲菲.自动化无损检测技术及其应用[J].航空制造技术，2009.
[5] AYMERICH F. Ultrasonic evaluation of matrix damage in impacted composite laminates [J].engineering，2000.
[6] NAGESWARAN C. Phased array scanning of artificial and impact damage in carbon fibre reinforced plastic （CFRP）[J]. Insight， 2006.
作者简介
徐进军，男（1986），江西抚州人，硕士研究生，从事机械设计与检测方面研究。
[关键词]飞机机翼；复合材料；超声波检测；设备
中图分类号：V216 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0313-01
1 引言
进入21世纪以来，复合材料由于其自身特有的优点（如比强度大、抗疲劳、耐熱性和成型工艺性好等）在中国航空航天等工业领域受到广泛的应用[1]。在现代军用飞机结构中，主要应用于机翼、雷达罩、垂尾、座舱盖、轮舱盖等部位。但在复合材料的制造、成形和使用过程中，由于工作参数的偏离等许多不确定的影响因素，可能会产生影响材料使用的缺陷（如气孔、分层、界面分离、富脂等）[2，3]；为保障飞行安全，要求对由复合材料制造出的构件进行100%无损检测[4]。在众多复合材料无损检测方法中，超声波检测技术由于其具有穿透力强、缺陷定位准确、灵敏度高、检测成本低、对人体及环境无害等优点，成为最为有效和应用最广泛的方法之一[5，6]。
本文介绍了一种基于人工扫查方式的A型超声脉冲反射式检测仪对某型军用在役飞机机翼进行超声波检测的方法。通过实践证明检测灵敏度可达Φ0.5mm，满足该型飞机机翼蒙皮检测要求，保证了检修的质量。
2 A型脉冲反射式超声波检测原理
超声波是指频率大于或等于20kHz的声波，超声波检测利用的是超声波在介质中传播的特点。当超声波在介质中传播时，在不同性质的介面将发生反射、折射和复杂的波型转换，使超声波被吸收和散射，检测、分析反射信号即可实现对缺陷的检测。并根据超声波信号在材料内部缺陷区域和正常区域的反射、衰减等差异来确定缺陷的性质、位置和大小。图1所示为A型脉冲反射式超声波检测原理框架图。
3 超声波检测方法的选择依据
飞机机翼（由于保密原因，不能够展示外形以及公布具体尺寸）在服役过程中，损伤模式主要包括蒙皮基体损伤、蒙皮纤维断裂、分层损伤和蜂窝芯层脱粘等损伤。而超声波检测能很准确的检测出复合材料基体与增强体的分层破坏、宏观裂纹、树脂固化不完全、气孔、胶接的脱胶、蜂窝夹层的脱胶等复合材料缺陷，因此成为复合材料构件无损探伤的重要方法。
首先，在役飞机机翼作为一种结构复杂的复合材料构件且需要原位野外检测，一般采用超声波手动检测方法；其次，由于复合材料组织结构具有明显的各向异性导致构件的声衰减较大，宜采用反射式超声波检测；最后，因为在役机翼蒙皮表面的镀层并没有去除，具有良好的防水性能，为了节约检测成本我们选用水作为耦合剂。
在制定一个工件的检测规范时，需要对工件、检测要求、方法和设备等作全面的综合考虑。基于以上分析，我们最终选用了基于人工扫查方式的A型脉冲反射式检测方法对该型飞机机翼进行超声波检测。
4 仪器设备
本文所采用设备为由北京某研究所研制的FCC-D复合材料超声检测仪和专用的超声波水膜聚焦换能器（如图2）。该仪器基于射频（RF）超声检测原理，采用独特的宽带窄脉冲激励技术，是一种高分辨率复合材料专用无损检测仪器，可以检测复合材料构件内部的多种缺陷（如：分层、夹杂、气孔、富脂、脱粘等）。由于设备轻便，非常适用于在野外复杂环境场合下，复合材料构件的超声波检测。针对该型机翼的结构特点，对水膜聚焦换能器的参数进行配套设计，提高了检测灵敏度。
5 典型缺陷检测结果与分析
通过对多架飞机机翼进行超声波检测，得到了一些典型缺陷的波形图（如图3）。
如图图3（a）所示，当机翼蒙皮完好时，基体与增强体之间具有良好的声耦合效果，蒙皮底面回波（B）清晰可见，且与始波波形相位相差180°。
机翼蒙皮在服役过程中，由于受载荷、振动、湿热酸碱等环境因素的综合作用，容易使胶接层产生气孔、疏松等缺陷。在机翼蒙皮中，一般为单个球状或椭圆形气孔，体积小且表面较为光滑。波形特征如图3（b），单个气孔为一个较稳定的单脉冲波，波形轮廓清晰，会使回波波峰有所下降，但影响不大。
机翼在铆接过程和装配中，由于操作不当容易形成孔边的分层缺陷；加上服役过程中，飞机机翼由于受到恶劣环境、高强度使用等因素的综合作用可能导致初始缺陷（如气孔、疏松等）的扩展产生新的损伤。通过观察图3（c）可知，当缺陷当量大于换能器检测面积时，机翼底面回波消失，分层处产生二次缺陷回波。
6 结论
飞机复合材料结构的可靠性与安全性非常关键，对复合材料结构内部的缺陷和损伤进行无损检测，是检验产品质量、保证飞行安全极为重要的技术手段。通过对多架次的该型飞机机翼进行超声波检测，发现大量的气孔、疏松、分层等缺陷，且其他的检测手段也证明了该结果的真实可靠性。大量实践证明，该检测方法的检测灵敏度可达Φ0.5mm的微气孔，满足该型飞机机翼蒙皮检测要求，保证了检修的质量。
参考文献
[1] 姚武文.新机复合材料构件损伤修理技术研究，第四界中国航空学会青年科技论坛文集[M].北京：航空工业出版社，2010.
[2] 许占显.飞机损伤检测影响因素分析[J].无损检测，2001.
[3] 徐丽，张幸红.航空航天复合材料无损检测研究现状[J].材料导报，2005.
[4] 刘松平，刘菲菲.自动化无损检测技术及其应用[J].航空制造技术，2009.
[5] AYMERICH F. Ultrasonic evaluation of matrix damage in impacted composite laminates [J].engineering，2000.
[6] NAGESWARAN C. Phased array scanning of artificial and impact damage in carbon fibre reinforced plastic （CFRP）[J]. Insight， 2006.
作者简介
徐进军，男（1986），江西抚州人，硕士研究生，从事机械设计与检测方面研究。