隨著材料工藝的成熟及產(chǎn)品質(zhì)量的提高，高性能復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的使用比例大幅度提升，有些甚至已代替金屬成為某些核心部件的主要結(jié)構(gòu)材料，從而使航空航天技術(shù)的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍。在航空航天領(lǐng)域已得到應(yīng)用的新型復(fù)合材料主要包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP、GFRP、GLARE)、夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(蜂窩夾芯復(fù)合材料、泡沫夾芯復(fù)合材料)、耐高溫復(fù)合材料(C/C復(fù)合材料、C/SiC復(fù)合材料)等，此類材料普遍具有高比強(qiáng)度、高比剛度、高模量和耐腐蝕等優(yōu)異性能。由于航空航天新型復(fù)合材料制造成本高、結(jié)構(gòu)特殊和使用環(huán)境特殊等特點(diǎn)，對無損檢測技術(shù)提出了更苛刻、更有針對性的檢測條件和檢測要求，包括不能使用耦合劑、檢測空間狹小、構(gòu)件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢測高效和檢測結(jié)果實(shí)時(shí)直觀等。研究與新型復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展水平相適應(yīng)的無損檢測技術(shù)，針對不同檢測條件及檢測要求提出合理的檢測與評價(jià)方法已成為國內(nèi)外研究人員需要思考的新課題。

1、超聲檢測技術(shù)超聲檢測技術(shù)是復(fù)合材料檢測使用非常多的無損檢測方法，它是基于聲波在材料內(nèi)部傳播過程中遇異質(zhì)界面產(chǎn)生反射、折射及散射現(xiàn)象來識別缺陷。該方法適用范圍較廣，可用于層板、板芯等結(jié)構(gòu)中分層、脫粘、夾雜、孔隙等缺陷檢測。按檢測結(jié)果顯示方式可分為：A掃描，利用波形反映缺陷深度和衰減信息，不能直觀記錄缺陷位置和尺寸(圖1a);B掃描，反映缺陷深度及某一縱截面形態(tài)，不能顯示缺陷尺寸，且不能記錄缺陷位置(圖1b);C掃描，反映缺陷衰減、位置和尺寸，是使用最廣泛的一種顯示方式(圖1c);D掃描，以采集缺陷深度信息形成的整件被檢件的地圖圖像，可反映缺陷的深度、位置及尺寸，但不能體現(xiàn)缺陷衰減程度(圖1d)。圖1超聲檢測常見的顯示方式除了上述最常用的傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)外，還有一些基于聲波傳播原理的檢測技術(shù)可用于復(fù)合材料檢測：1)超聲相控陣技術(shù)。利用其聲束偏轉(zhuǎn)和陣列掃查，提高檢測效率和復(fù)雜結(jié)構(gòu)檢測可達(dá)性，在復(fù)合材料檢測中的應(yīng)用日趨成熟。2)空氣耦合超聲技術(shù)。采用可在空氣中傳播的低頻聲波實(shí)現(xiàn)非接觸檢測，對高衰減材料有較高穿透能力。3)激光超聲技術(shù)。利用激光脈沖激發(fā)超聲波進(jìn)行檢測，具有非接觸和可遠(yuǎn)程檢測的特點(diǎn)，但由于該技術(shù)需要更高的成本，尚未普遍應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。4)聲發(fā)射技術(shù)。通過接收和分析缺陷變化產(chǎn)生的應(yīng)力波來實(shí)時(shí)監(jiān)控正在擴(kuò)展的缺陷，但缺陷停止演變后，檢測信號無法再現(xiàn)，并且缺陷應(yīng)力波信號的識別，需要借助復(fù)雜的信號處理技術(shù)，增加了聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用難度。5)聲振法是激勵被檢件產(chǎn)生機(jī)械振動，通過測量被檢件振動的特征來判斷被檢件膠接質(zhì)量。

2、X射線檢測技術(shù)X射線檢測技術(shù)是采用射線源透照物體，利用穿過被檢件射線能量強(qiáng)弱來判斷材料內(nèi)部缺陷。該方法對分層、脫粘類缺陷不敏感，但對發(fā)泡膠空洞、夾雜、芯格斷裂、節(jié)點(diǎn)脫開、芯格壓縮等缺陷具有較好的檢測效果。近年來，計(jì)算機(jī)射線成像技術(shù)(CR)、數(shù)字化射線成像技術(shù)(DR)、計(jì)算機(jī)層析成像檢測(CT)等數(shù)字射線技術(shù)發(fā)展迅速，使復(fù)合材料X射線檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了檢測結(jié)果實(shí)時(shí)顯示與數(shù)字化存儲，大幅提升了復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)精密測量和表征能力。并且，隨著自動化檢測水平的提高(圖3)，借助自動操縱裝置，實(shí)現(xiàn)零件擺放、射線源位置等的自動布局和移動，可以提高檢測效率和精度。圖2X射線機(jī)械化檢測

3、紅外熱像技術(shù)紅外熱像技術(shù)是基于物體的熱輻射特性，使用紅外熱像儀觀測材料缺陷區(qū)及完好區(qū)紅外輻射差異來檢測物體內(nèi)部缺陷。對紅外輻射差異信號的數(shù)字化處理使人眼可視范圍擴(kuò)展到紅外波段。該技術(shù)非常適合大型部件的全場快速檢測，檢測速度是水浸C掃描檢測速度的30倍以上，還具有操作簡單、檢測結(jié)果直觀、實(shí)時(shí)、便于原位檢測等特點(diǎn)，但是此方法也有一些缺陷：(1)對于“冷零件”，即自身沒有可檢出的熱輻射的被檢測件，目前的熱加載方式，無論其加載的方式、加載效果、加載工藝性、加載效率等，還是檢測設(shè)備、實(shí)際應(yīng)用的可行性等方面都需要有質(zhì)的進(jìn)步或技術(shù)提升;(2)就復(fù)合材料而言，紅外的缺陷檢出能力還是非常有限的，其更適合一些蒙皮較薄的蜂窩夾芯的無損檢測，或者夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)水的檢測;(3)受被檢測結(jié)構(gòu)表面的涂料、漆層等殘留或零件表面顏色不均勻等的影響，紅外檢測經(jīng)常會造成缺陷偽像，從而影響缺陷的判別。不過，隨著高速、高像元、高靈敏度紅外熱像儀的出現(xiàn)及計(jì)算機(jī)數(shù)字信號處理技術(shù)的進(jìn)步，該技術(shù)得到了快速發(fā)展。目前，美國GE、波音、洛克希德、NASA等已將紅外熱像技術(shù)作為重要檢測手段應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，ASTM已制定脈沖紅外熱像檢測標(biāo)準(zhǔn)和航空航天復(fù)合材料無損檢測導(dǎo)則。瑞典、加拿大、俄國、德國、法國等已將該技術(shù)應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域金屬、陶瓷、橡膠、發(fā)動機(jī)金屬噴管、膠接CFRP材料、鉚接蒙皮、膠接蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)等的質(zhì)量檢測方面。

4、散斑干涉技術(shù)電子散斑干涉(ESPI)是以激光、光電子技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代光學(xué)測量技術(shù)，該技術(shù)以激光散斑作為被測物場變化信息的載體，通過對待測材料加載時(shí)觀察缺陷表面因異常變形導(dǎo)致的異常光學(xué)干涉條紋來判斷缺陷特征。該技術(shù)研究重點(diǎn)關(guān)注加載方式、檢測方法、調(diào)制加載技術(shù)及圖像信號處理等。采用的加載方式主要包括真空加載、熱加載、聲加載、電磁加載等，選擇不同的加載方式，可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料不同類型缺陷的檢測及評估。電子散斑干涉(ESPI)以及電子剪切散斑干涉(ESSPI)技術(shù)能實(shí)時(shí)、可靠地檢測出GLARE、GFRP、蜂窩夾芯材料中的脫粘、分層、沖擊損傷、蜂窩積水等典型缺陷，尤其對復(fù)合材料內(nèi)部開裂、裂紋較敏感。目前，散斑干涉技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于航空航天復(fù)合材料的質(zhì)量評價(jià)中。美國空軍將ESSPI技術(shù)作為檢測B-2飛機(jī)蒙皮與芯子粘接質(zhì)量的主要手段，肯尼迪航天中心用該技術(shù)檢測航天飛機(jī)外部燃料箱熱保護(hù)層和固體火箭推進(jìn)器的熱保護(hù)層。國內(nèi)天津大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)等也將相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合材料夾雜、脫粘、芯格斷裂、沖擊損傷等缺陷的檢測。

5、無損檢測技術(shù)在復(fù)合材料檢測方面的應(yīng)用案例發(fā)動機(jī)復(fù)合材料制件以層板結(jié)構(gòu)和蜂窩夾層結(jié)構(gòu)為主，具有雙曲率、多拐角、變厚度等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并采用多種制作工藝和材料體系，給無損檢測可達(dá)性、完整性、準(zhǔn)確性及一致性帶來較大挑戰(zhàn)。以下是一些具體的應(yīng)用案例：5.1風(fēng)扇機(jī)匣采用多軸噴水式自動超聲檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對變結(jié)構(gòu)、變厚度的風(fēng)扇機(jī)閘的三維C掃檢測，一次掃查零件所有部位。同時(shí)，在復(fù)合層合材料中嵌入特氟龍材料模擬缺陷，利用先進(jìn)的信號處理工具，以較高信噪比識別出復(fù)雜結(jié)構(gòu)部位的預(yù)制缺陷，如圖3所示。圖3多軸噴射式超聲檢測平臺及機(jī)閘C掃描成像5.2風(fēng)扇葉片羅羅公司“超級風(fēng)扇”發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片采用水浸式超聲穿透法進(jìn)行成像檢測，檢測利用自校準(zhǔn)和自評價(jià)系統(tǒng)，以超過200mm/s高速對復(fù)雜雙曲率型面葉片和金屬包邊進(jìn)行高分辨率測量，多軸超聲水浸平臺及“超級風(fēng)扇”的高分辨率測量如圖4。圖4多軸超聲水浸平臺及“超級風(fēng)扇”高分辨率測量示意圖DantecDynaminc公司利用激光散斑技術(shù)，同時(shí)結(jié)合六自由度的機(jī)械臂(圖5)，對復(fù)合材料葉片進(jìn)行成像檢測，根據(jù)相位圖上的蝶形圖案檢測樹脂基復(fù)合葉片的沖擊損傷。圖5復(fù)合材料葉片自動激光散斑檢測5.3短艙航空發(fā)動機(jī)復(fù)合材料短艙通常采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制作，且尺寸較大，檢測耗時(shí)較長。SAFRAN公司利用紅外檢測技術(shù)檢測效率高的優(yōu)勢，結(jié)合Kuka機(jī)器人自動控制技術(shù)(圖6)，將紅外自動檢測技術(shù)應(yīng)用于LEAP-1A和Trebt7000發(fā)動機(jī)短艙復(fù)合材料的測量，檢測時(shí)間減少一半。圖6發(fā)動機(jī)短艙紅外無損檢測平臺5.4

微觀缺陷檢測NSI北極星公司對樹脂基編織復(fù)合材料進(jìn)行CT檢測，用于識別復(fù)合材料中脫毛、屈曲、材料、纖維取向以及均勻性等問題。CT檢測結(jié)果如圖7所示。圖7樹脂基編織復(fù)合材料CT檢測結(jié)果Suragus研制渦流自動檢測系統(tǒng)，用于纖維編織、預(yù)制材料和復(fù)合材料檢測，可以分析多層結(jié)構(gòu)碳纖維內(nèi)的紋理缺陷，如失真、錯位、褶皺、重疊以及間隙等缺陷。檢測系統(tǒng)及缺陷檢測結(jié)果如圖8所示。圖8渦流檢測系統(tǒng)及檢測結(jié)果舉例Suragus公司則基于高頻渦流檢測，制作了用于纖維的面積纖維密度和均勻性評估原型機(jī)，如圖9所示。圖9樹脂基復(fù)合材料中部分缺陷形態(tài)圖9渦流密度檢測平臺及材料均勻性和密度圖6、展望無損檢測技術(shù)的發(fā)展，有助于進(jìn)一步推動復(fù)合材料的應(yīng)用，提升發(fā)動機(jī)性能和降低發(fā)動機(jī)制造和維護(hù)成本。在今后的復(fù)合材料無損檢測