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【摘 要】自20世纪中期以来复合材料在航空领域得到了广泛的应用，目前波音787飞机的复合材料设计用量达到结构重量的百分之五十。进入21世纪以来，复合材料在飞机领域的应用达到了空前的规模，复合材料的大范围应用不仅带来了明显的减重效益，而且使飞机的耐腐蚀、抗疲劳和雷达隐身等性能得到了改善和提高。而航空业对产品有着高质量、高可靠性、长寿命和高性能的严格要求，所以必须对复合材料进行严格的无损检测来确保飞行安全。因此，发展先进可靠的复合材料无损检测技术极其重要。
【关键词】航空;复合材料;无损检测
引言
在飞机结构中，使用最多的复合材料是纤维增强树脂基复合材料，一般采用层压工艺制成，也称之为纤维增强层合复合材料，典型的结构形式有层压板结构和三维编织结构，分别采用单向纤维或立体纤维按照一定方向铺设并固化成型。与金属材料相比，它具有比强度高，比刚度大，耐腐蚀，抗疲劳性能好等特点。纤维增强树脂层板结构具有质量轻、强度高的特性。比如碳纤维增强树脂基复合材料的强度相对铝合金和钢要高很多倍，并且拥有良好的稳定性、减小摩擦、耐磨擦、不需要润滑、不怕高温、抗疲劳、消除声音、不导电等特性。纤维增强树脂层板结构还具有一个重要特性为各向异性，所以可以根据物体各个位置的强度刚度需要完成纤维的铺设。
本文首先对无损检测技术进行简单概述，然后列举出纤维增强树脂层板结构在航空领域的应用及常见的损伤和缺陷类型，最后选择出适合纤维复合材料使用的无损检测方法。
1. 无损检测技术
无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化。以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。无损检测的方法很多，据美国国家宇航局调研分析，其认为可以分为六类约70余种。但是在实际应用中X射线和γ射线检测技术、超声波检测技术、涡流检测技术、液体渗透检测技术和磁粉检测技术是五种最常用、最成熟的检测方法，通常被称为常规无损检测技术。
无损检测是工业发展不可缺少的高效实用工具，在很大程度上反映了一个国家的工业发展水平，其重要性已获得大家的公认。无损检测的最大优点就是可以在不破坏对象材质、结构的前提下进行探测。
2. 纤维增强树脂基复合材料在飞机上的应用
目前，复合材料在飞机上的应用已非常广泛，从国外情况看，各种先进的飞机都与复合材料的应用密不可分。复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一[10]。
由于纤维复合材料的独特制造工艺及应力区域情况复杂、各向异性等特点，与传统的金属材料相比，常见的缺陷类型和失效形式都有不同，纤维增强树脂层板结构的常见缺陷有：纤维断裂、基体挤压、基体开裂和分层。为了避免复合材料构件失效带来的损失，就必须采用适当的技术来对微观缺陷进行有效的检测。
纤维增强复合材料在飞机上的使用由最开始的整流罩、舱门、安定面等次承力结构，目前已经广泛地应用在机身、机翼等部位，往主承力部位发展。
机身、机翼都是飞机上的主要承力部位，在高速并且长时间受到交变应力的作用下，容易导致发生疲劳损伤，常见的损伤有微观裂纹和分层，这种情况在飞机上的经常出现的。但是如果对这样的损伤不及时发现并按规定要求进行处理，会使得裂纹扩大甚至导致整个构件断裂。
本文主要针对纤维增强树脂层板结构在飞机上出现的缺陷：裂纹、分层、孔隙进行无损检测。
3.无损检测方法的选择
常规的无损检测方法包括：射线检测、超声波检测、涡流检测、液体渗透检测和磁粉检测。选择时需要对材料损伤类型、原因有了解，其次根据各种无损检测方法的优缺点、适用范围选出最佳的检测方法。
3.1射线检测
射线检测技术是采用射线，基于射线与物质相互作用的吸收与散射等，实现对被检工件的材料质量与工艺质量等进行检测的技术。射线检测具有以下特点：生成的图片能够一直储存，方便以后随时查看。但检测费用较大，探测时间较长，而且射线检测时有辐射会影响人的身体。
3.2超声波检测
超声波检测就是通过发射超声波到物体内部，对反射、散射和投射回来的超声波进行分析，从而实现对物体缺陷尺寸、位置等的检测。超声波检测可对金属、非金属、复合材料进行探测。而且检测时只需要从物体其中一面靠近对象，检测方便，对人身体无害，参数和相关波形均可存贮，以便以后调用。
3.3涡流检测
涡流检测的基础为电磁感应，它的基本原理为：当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，由于线圈中交变的电流产生交变的磁场，从而试件中会感生出涡流。涡流的大小，相位及流动形式受到试件导电性能等的影响，而涡流的反作用磁场又使检测线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定检测线圈阻抗的变化，就可以得出被测试件的导电性差别及有无缺陷等方面的结论。
涡流检测时，被检测的试件可以不与检测线圈接触，因此可以用于高速检测，可以实现自动化处理。但对于一些外形复杂的零件则不易检测，而且被测试件必须具有导电性，仅能用于检测试件表面和近表面附近的缺陷，有一定的局限性，同时检测结果易受其它外界因素干扰。
3.4磁粉检测
磁粉检测是当被磁化的铁磁性物质外表或者近表面有损伤，导致这个地方的磁阻变得足够大时，在物质外表产生漏磁场。将细微的磁粉施加在这个表面上，漏磁场吸附磁粉生成磁痕可以显示出损伤的存在和形状。
磁粉检测可以直观观察出损伤的位置、形状和大小，具有较高的灵敏度，较快的探测速度、检测过程简单、检测成本较低。但磁粉检测只能检查铁磁性材料，而且只能发觉表面和近表面缺陷，对于宽而浅的缺陷难以检出。同时检测时较难确定缺陷深度，检测完通常要还需要退磁和清洗，有较大的局限性。
3.5渗透检测
液体渗透法检测的基础是毛细作用，该方法可以探测非疏孔性金属与非金属物体外表面的裂纹损伤。让参杂有荧光剂或有色染料的渗透液铺放在物体外表，根据毛细作用原理，渗透液可以流入所有有裂纹的损伤中。等待一段时候后清除附着在试件表面上多余的渗透液，在紫外光或白光下的照射下，损伤处可分别发射出黄绿色的荧光或呈现红色，采用目视检测就可以观察其形状、大小和分布情况。渗透检测检测速度快，操作容易，缺陷显示较为直接，灵敏度较高。但只能检测非多孔性材料的表面开口缺陷。同时对工件和环境有污染。
综合比较和考虑之后，针对纤维增强树脂层板结构的复合材料，超声波检测是最佳的无损检测方法。检测时选择脉冲反射单探头直接接触的方式。
4.结语
随着科技的发展，复合材料结构在飞机上的使用比例越来越高，相应的复合材料的各类损伤也会越来越多。航空公司既要保证飞机的安全，确保飞机的适航性，同时还要提高飞机的使用率。这就意味着飛机维修的时间要尽可能缩短，以便增加收益。这就需要一种对损伤检测又快又准的方法，无损检测便很好的解决了这个问题。
无损检测技术在国外已经运用多年，而在我国还处于起步阶段。我们要加大科研力度，提高对无损检测人才的培养，进而提高我国的无损检测水平。
参考文献：
[1]郁青，何春霞. 无损检测技术在复合材料检测中的应用[J]. 工程与试验，2009（02）：24-29.
[2]张丽华，范玉青. 复合材料在飞机上的应用评述[J]. 航空制造技术，2006（03）：64-66.
[3]安治永，李应红，梁华，等. 无损检测在航空维修中的应用[J]. 无损检测，2006（11）：598-601.
【关键词】航空;复合材料;无损检测
引言
在飞机结构中，使用最多的复合材料是纤维增强树脂基复合材料，一般采用层压工艺制成，也称之为纤维增强层合复合材料，典型的结构形式有层压板结构和三维编织结构，分别采用单向纤维或立体纤维按照一定方向铺设并固化成型。与金属材料相比，它具有比强度高，比刚度大，耐腐蚀，抗疲劳性能好等特点。纤维增强树脂层板结构具有质量轻、强度高的特性。比如碳纤维增强树脂基复合材料的强度相对铝合金和钢要高很多倍，并且拥有良好的稳定性、减小摩擦、耐磨擦、不需要润滑、不怕高温、抗疲劳、消除声音、不导电等特性。纤维增强树脂层板结构还具有一个重要特性为各向异性，所以可以根据物体各个位置的强度刚度需要完成纤维的铺设。
本文首先对无损检测技术进行简单概述，然后列举出纤维增强树脂层板结构在航空领域的应用及常见的损伤和缺陷类型，最后选择出适合纤维复合材料使用的无损检测方法。
1. 无损检测技术
无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化。以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。无损检测的方法很多，据美国国家宇航局调研分析，其认为可以分为六类约70余种。但是在实际应用中X射线和γ射线检测技术、超声波检测技术、涡流检测技术、液体渗透检测技术和磁粉检测技术是五种最常用、最成熟的检测方法，通常被称为常规无损检测技术。
无损检测是工业发展不可缺少的高效实用工具，在很大程度上反映了一个国家的工业发展水平，其重要性已获得大家的公认。无损检测的最大优点就是可以在不破坏对象材质、结构的前提下进行探测。
2. 纤维增强树脂基复合材料在飞机上的应用
目前，复合材料在飞机上的应用已非常广泛，从国外情况看，各种先进的飞机都与复合材料的应用密不可分。复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一[10]。
由于纤维复合材料的独特制造工艺及应力区域情况复杂、各向异性等特点，与传统的金属材料相比，常见的缺陷类型和失效形式都有不同，纤维增强树脂层板结构的常见缺陷有：纤维断裂、基体挤压、基体开裂和分层。为了避免复合材料构件失效带来的损失，就必须采用适当的技术来对微观缺陷进行有效的检测。
纤维增强复合材料在飞机上的使用由最开始的整流罩、舱门、安定面等次承力结构，目前已经广泛地应用在机身、机翼等部位，往主承力部位发展。
机身、机翼都是飞机上的主要承力部位，在高速并且长时间受到交变应力的作用下，容易导致发生疲劳损伤，常见的损伤有微观裂纹和分层，这种情况在飞机上的经常出现的。但是如果对这样的损伤不及时发现并按规定要求进行处理，会使得裂纹扩大甚至导致整个构件断裂。
本文主要针对纤维增强树脂层板结构在飞机上出现的缺陷：裂纹、分层、孔隙进行无损检测。
3.无损检测方法的选择
常规的无损检测方法包括：射线检测、超声波检测、涡流检测、液体渗透检测和磁粉检测。选择时需要对材料损伤类型、原因有了解，其次根据各种无损检测方法的优缺点、适用范围选出最佳的检测方法。
3.1射线检测
射线检测技术是采用射线，基于射线与物质相互作用的吸收与散射等，实现对被检工件的材料质量与工艺质量等进行检测的技术。射线检测具有以下特点：生成的图片能够一直储存，方便以后随时查看。但检测费用较大，探测时间较长，而且射线检测时有辐射会影响人的身体。
3.2超声波检测
超声波检测就是通过发射超声波到物体内部，对反射、散射和投射回来的超声波进行分析，从而实现对物体缺陷尺寸、位置等的检测。超声波检测可对金属、非金属、复合材料进行探测。而且检测时只需要从物体其中一面靠近对象，检测方便，对人身体无害，参数和相关波形均可存贮，以便以后调用。
3.3涡流检测
涡流检测的基础为电磁感应，它的基本原理为：当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，由于线圈中交变的电流产生交变的磁场，从而试件中会感生出涡流。涡流的大小，相位及流动形式受到试件导电性能等的影响，而涡流的反作用磁场又使检测线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定检测线圈阻抗的变化，就可以得出被测试件的导电性差别及有无缺陷等方面的结论。
涡流检测时，被检测的试件可以不与检测线圈接触，因此可以用于高速检测，可以实现自动化处理。但对于一些外形复杂的零件则不易检测，而且被测试件必须具有导电性，仅能用于检测试件表面和近表面附近的缺陷，有一定的局限性，同时检测结果易受其它外界因素干扰。
3.4磁粉检测
磁粉检测是当被磁化的铁磁性物质外表或者近表面有损伤，导致这个地方的磁阻变得足够大时，在物质外表产生漏磁场。将细微的磁粉施加在这个表面上，漏磁场吸附磁粉生成磁痕可以显示出损伤的存在和形状。
磁粉检测可以直观观察出损伤的位置、形状和大小，具有较高的灵敏度，较快的探测速度、检测过程简单、检测成本较低。但磁粉检测只能检查铁磁性材料，而且只能发觉表面和近表面缺陷，对于宽而浅的缺陷难以检出。同时检测时较难确定缺陷深度，检测完通常要还需要退磁和清洗，有较大的局限性。
3.5渗透检测
液体渗透法检测的基础是毛细作用，该方法可以探测非疏孔性金属与非金属物体外表面的裂纹损伤。让参杂有荧光剂或有色染料的渗透液铺放在物体外表，根据毛细作用原理，渗透液可以流入所有有裂纹的损伤中。等待一段时候后清除附着在试件表面上多余的渗透液，在紫外光或白光下的照射下，损伤处可分别发射出黄绿色的荧光或呈现红色，采用目视检测就可以观察其形状、大小和分布情况。渗透检测检测速度快，操作容易，缺陷显示较为直接，灵敏度较高。但只能检测非多孔性材料的表面开口缺陷。同时对工件和环境有污染。
综合比较和考虑之后，针对纤维增强树脂层板结构的复合材料，超声波检测是最佳的无损检测方法。检测时选择脉冲反射单探头直接接触的方式。
4.结语
随着科技的发展，复合材料结构在飞机上的使用比例越来越高，相应的复合材料的各类损伤也会越来越多。航空公司既要保证飞机的安全，确保飞机的适航性，同时还要提高飞机的使用率。这就意味着飛机维修的时间要尽可能缩短，以便增加收益。这就需要一种对损伤检测又快又准的方法，无损检测便很好的解决了这个问题。
无损检测技术在国外已经运用多年，而在我国还处于起步阶段。我们要加大科研力度，提高对无损检测人才的培养，进而提高我国的无损检测水平。
参考文献：
[1]郁青，何春霞. 无损检测技术在复合材料检测中的应用[J]. 工程与试验，2009（02）：24-29.
[2]张丽华，范玉青. 复合材料在飞机上的应用评述[J]. 航空制造技术，2006（03）：64-66.
[3]安治永，李应红，梁华，等. 无损检测在航空维修中的应用[J]. 无损检测，2006（11）：598-601.