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1、第二十三屆(2007)全國直升機(jī)年會論文紅外熱波無損檢測在直升機(jī)復(fù)合材料修理中的應(yīng)用代永朝楊小林江濤(空軍第一航空學(xué)院，河南信陽464000)摘要；紅外熱波無損檢測利用主動加熱技術(shù)，通過紅外熱成像系統(tǒng)自動記錄試件表面缺陷和基體材料由于不同熱特性引起的溫度差異，進(jìn)而判定飛機(jī)復(fù)合材料表面及內(nèi)部的損傷。本文簡要介紹了紅外熱波無損檢測的基本原理、特點及設(shè)備組成，給出對蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)件進(jìn)行檢測的具體結(jié)果。檢測結(jié)果及應(yīng)用實踐表明，紅外熱波無損檢測技術(shù)能夠應(yīng)用于直升機(jī)復(fù)合材料的修理工作。關(guān)鍵詞：熟波，紅外熱成像，無損檢測1前言
2、由于突出的減重效果和吸波性能，各型飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的使用正逐步增多。以某型直升機(jī)為例，其尾部構(gòu)件和尾梁的蒙皮采用Nomex蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，水平安定面和側(cè)垂直安定面主要采用碳纖維復(fù)合材料，各種整流罩蒙皮則采用玻璃纖維和Kevlar纖維復(fù)合材料，機(jī)身蒙皮中復(fù)合材料所占比例已達(dá)59％。但是由于存在者層間強(qiáng)度低、橫向性能差、抗壓能力弱等缺點，無論是戰(zhàn)時還是平時，由于彈傷、緊急起航或迫降、機(jī)場簡陋、維護(hù)或操作不當(dāng)?shù)仍?，飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)非常容易發(fā)生以沖擊損傷為主的各種結(jié)構(gòu)破壞?，F(xiàn)有針對飛機(jī)復(fù)合材料的無損檢測方法基本上沿用
3、以往金屬材料的檢測方法，主要以超聲波法和聲阻抗法等為主，從實際情況看，由于復(fù)合材料與金屬材料之間存在著較大的物理力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)特點和制造工藝等方面的差異，現(xiàn)有的金屬無損檢測方法并不能完全適用于飛機(jī)復(fù)合材料的損傷檢測。紅外熱波無損檢測技術(shù)作為一種全新的檢測技術(shù)，正不斷在航空航天領(lǐng)域得到逐步應(yīng)用。對飛機(jī)垂尾翼尖玻璃纖維層壓板、玻璃纖維層壓板工字型加強(qiáng)肋、碳纖維多層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件等的試驗結(jié)果表明，該技術(shù)對飛機(jī)復(fù)合材料內(nèi)部損傷檢測具有獨特的優(yōu)點，且實用性強(qiáng)nH”。由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的損傷破壞形式多數(shù)為埋藏于復(fù)合材料內(nèi)部
4、的面積型損傷，尤其是不可見的分層和脫粘危害性更大。圍繞復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的紅外熱波無損檢測能夠?qū)崿F(xiàn)對面積型損傷的面積和埋藏深度的定量計算，可為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的可修與不可修，以及可修條件下修理方法的制訂提供所需的參考數(shù)據(jù)。2檢測原理及設(shè)備2．1檢測原理及特點128；薔爵i-隔打；一r附i-吲計下‘∽¨¨{
5、#129f刊mh一下，k叫一1rf耐T1?！?/p>
6、rl靠。f一_■●‘妒一中0(1式傳輸給便攜式電腦，檢測人員可通過計算機(jī)屏幕實時觀察被檢測]!件表面的溫度場變化情況。整個系統(tǒng)所需的輸入電源為220V／50Hz交流電
7、?！炖獭啊＃烘IzⅡ㈣紅卦捕成恤饒鞫!霉一～—一～““，——一、■■一帶赦玷拉植測件(a)改備結(jié)構(gòu)組成(b)設(shè)備外觀圖2飛機(jī)復(fù)臺材料紅外熱波無損檢測儀示意圈系統(tǒng)應(yīng)用軟件在Vc++集成開發(fā)環(huán)境下編寫，不僅能完成熱像儀控制、熱圖像采集和加熱方式及加熱時間的選擇等功能，同時還能對所采集熱雷像進(jìn)行進(jìn)一步的綜合處理和分析，最終得出分析結(jié)論和檢鍘報告。對熱圖像的分析包括損傷面積測量、損傷埋藏深度計算和溫度一時間變化曲線等，分析所得出的數(shù)據(jù)可作為制訂損傷部位修理方案的參考依據(jù)。此外，某些修理方法如孫片法等實施完畢后，也可采用
8、該槍淵系統(tǒng)對損傷部位修理質(zhì)量進(jìn)行榆鴦(膠層是否均勻或存在間隙、氣泡等)。3應(yīng)用實例及結(jié)論榆測試件為某型戰(zhàn)機(jī)露讓罩蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)作，分為內(nèi)、中、外三層層合扳和兩層蜂掰芯，材料主要為S'2玻璃纖維，巾問瞞層行扳鞍厚。瞄3為試什可虬光照片，該結(jié)構(gòu)作原始損傷為飛機(jī)掣、毀時造成的，¨一損傷和擦傷，喪傭t盯見的主要是擦傷及漆層脫落，孤山《“挺惱小可見。3．1脈沖閃光加熱檢測檢測時采用脈沖閃光加熱方式進(jìn)行外部加熱．加熱燈能量為5．2kJ，熱留采集速率為50幀／秒。從檢測結(jié)果熱圖4可看出．除表面的擦傷及漆層脫落外，內(nèi)部損傷和蜂窩
9、夾芯結(jié)構(gòu)也清晰可見。由于脈沖激勵能量有限，因此試件表面溫度相對連續(xù)加熱方式下要低，所以圖像較暗。此外，加熱過程較快且持續(xù)時闖短，試件內(nèi)部及損傷部位圖像持續(xù)時間短。(aJ閃光加熱瞬間(b)閃光加熱后較短時間(c)閃光加熱后較長時間圈4蜂舒兜芯鮚#j試件紅外熱被無損桅洲結(jié)果示意蚓(閃光加熱J32連續(xù)加熱檢洲梭刪時采J
10、}{連續(xù)加熱方式進(jìn)行外部加熱，加熱燈功率為750W，加熱時間5秒。熱幽采集速率為50幀／秒。從圖5可看出，除表面的擦傷及漆層脫落外，內(nèi)部損傷清晰可見，而崩．內(nèi)部蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)輪廓清晰可辨。與脈沖閃光加熱
11、方式帽同，所得圖像都能準(zhǔn)確顯示出試什內(nèi)部損傷的位置、人小及形狀等信息。黟翟寥翳霧警零“”霹“———__——9臻”——————”焉女nj蘩。一(a)加熱前(b)加熱過程中(c)加熱停止后一定時間幽5蜂禽史芯結(jié)構(gòu)試件紅外熱被無損椅測結(jié)果示意圈(連續(xù)加熱)圖像采集后剎辟j配套軟件對損傷部位進(jìn)行定靛測量．測量示例如圖6所示。對漆層脫落部位的刪掣．如方框所示，脫落部何寬度為48750毫米(mil
