一种泡沫夹层结构脱粘缺陷敲击检测技术_熊鸿建.pdf

中国科技信息 2023 年第 7 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-42-航空航天复合材料桨叶具有高旋翼性能、高可靠性维修性、高安全性、长寿命、低成本费等特点。泡沫夹层结构广泛应用于直升机桨叶的生产过程中，桨叶内部构造包括大梁、蒙皮、内腔填芯、后缘条、配重条等，一般的内腔填芯为硬质泡沫填芯。目前直升机主尾桨叶生产制造使用过程中，最常见的缺陷为脱粘缺陷。蒙皮类复合材料结构件，敲击检测为最适用最快捷有效的检测方法，且其检测设备一般都便于携带，非常适用于现场原位检测。常规敲击检测采用的是敲击棒对尾桨叶进行人工敲击，依据检测人员主观听觉及手感对脱粘部位的声音及触觉进行识别，其优点是方便、快捷、易实现且成本低，缺点是严重依赖于检测人员的经验和主观判断。本文通过采用某型桨叶相同的制作工艺及同种成型方式等，设计制作不同种类的脱粘缺陷泡沫夹层结构对比试块，开展泡沫夹层结构对比试块脱粘缺陷敲击检测技术预先研究，验证了电子敲击检测设备在泡沫夹层结构脱粘缺陷检测过程的可行性。设备原理此次试验采用 WP632 敲击检测仪、WP632M 显示/存储单元对尾桨叶进行敲击检测。敲击检测仪利用的是低频脉冲中检测夹层结构制品表面使其产生谐振频率、相位、幅度等固有性能的变化，检测电路会对这个过程中产生的信号进行分析、数据处理、数据比对，从而转化成能够多识别的数字信号进行量化处理，计算信号持续时间。设备测头敲击尾桨叶表面人后，得到关于信号持续时间数据，通过数据线将数据传输到 CPU，同时 CPU 将该数值与标准参考值作对比，判断敲击点是否脱粘，脱粘程度通过亮灯的颜色和声音来进行警报。其工作原理图如图 1 所示。行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度一种泡沫夹层结构脱粘缺陷敲击检测技术熊鸿建 谢 芳熊鸿建 谢 芳中国直升机设计研究所图 1 检测原理示意图-43-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 7 期航空航天泡沫夹层结构试块制作为模拟桨叶泡沫夹层结构的脱粘缺陷陷，本次试验设计制作了带预置脱粘缺陷得泡沫夹层结构对比试块若干，编号为 A 对比试块依据泡沫厚度的不同依次编号为 A1A6，见表 1 所示。在对比试块粘接之前对泡沫进行挖孔处理，用于模拟不同规格的脱粘缺陷，预制缺陷的位置及规格分布见图2 所示（图中未标明深度尺寸的均为挖孔 2mm 深）。脱粘预制缺陷制作好后，采用与某型桨叶相同的制作工艺及成型参数进行固化成型。表 1 对比试块规格参数编号试块结构规格（长 宽 泡沫厚度）mm蒙皮层数A1玻璃布+碳布+碳布+碳布+泡沫300200214A2玻璃布+碳布+玻璃布+泡沫300200213A3玻璃布+碳布+玻璃布+泡沫300200163A4玻璃布+碳布+玻璃布+泡沫300200113A5玻璃布+碳布+玻璃布+泡沫30020063A6玻璃布+碳布+泡沫300200142对比试块敲击试验及数据分析将制作好的对比试块进行敲击检测，并将敲击检测数值进行采集。本次敲击检测采用的检测参数为，敲击速度选择 16Hz，检测数值选择 1 次平均一次。将采集后的检测数据进行分析统计，死到出各个缺陷所对应的检测最大值，见表 2 所示。从试块 A1、试块 A2 敲击数值分析可以看出，除去制作过程中导致缺陷粘连的数值，对表中数据进行数据拟合，拟合结果见图 3、图 4、图 5 所示。图 3 表示在相同脱粘缺陷深度的前提下，不同尺寸脱粘缺陷所对应的敲击检测最值，图 2 预制缺陷位置及规格分布图表 2 对比试块敲击检测数值（表中数值为脱粘缺陷处敲击最大值）编号深度检测最大值/s正常值/sR2R3.5R5R7.5R10R12.5R15R20R25R30A12mm0.550.530.560.540.510.550.640.630.640.56（有粘连）0.450.473mm/0.62/4mm/0.65/通孔/0.58/A22mm0.590.600.620.620.630.720.740.840.840.67（有粘连）0.460.503mm/0.87/4mm/0.80/通孔/0.80/A32mm0.570.600.590.590.620.690.730.800.72（有粘连）0.65（有粘连）0.460.513mm/0.83/4mm/0.86/通孔/0.83/A42mm0.640.580.640.670.670.740.740.800.750.65（有粘连）0.480.523mm/0.85/4mm/0.85/通孔/0.85/A52mm0.610.610.620.630.620.630.700.700.66（有粘连）0.66（有粘连）0.460.483mm/0.75/4mm/0.90/通孔/0.95/A62mm0.690.660.740.820.860.930.971.021.050.90（有粘连）0.510.543mm/4mm/通孔/中国科技信息 2023 年第 7 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-44-航空航天图 3 相同深度不同脱粘缺陷尺寸敲击最值图 5 不同蒙皮层数缺陷检测最值图 4 不同泡沫厚度缺陷敲击最值横坐标表示脱粘缺陷尺寸，纵坐标表示敲击检测最值。图中可以看出敲击检测最值与脱粘缺陷尺寸成正比关系；图 4 表示相同蒙皮层数，不同泡沫厚度所对应的敲击检测最值，横坐标表示泡沫厚度，纵坐标表示敲击检测最值。图中可以看出敲击检测最值与对比试块泡沫厚度关系不明显；图 5 表示不同蒙皮层数，所对应的敲击检测最值，横坐标表示蒙皮层数，纵坐标表示敲击检测最值。图中可以看出敲击检测最值与蒙皮层数成反比关系。结束语针对桨叶生产制作及使用过程，需要对桨叶进行快速检测的目的，预先开展泡沫夹层结构对比试块脱粘缺陷敲击检检测技术研究，可以得出，泡沫夹层结构对比试块脱粘缺陷能够通过敲击检测有交致的检出，最小能检出的脱粘缺陷为4mm；脱粘缺陷尺寸越大，敲击检测最值越大大；蒙皮层数约多，敲击检测最值越小。