隨著航空制造技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)合材料以其高的比強(qiáng)度、比剛度及良好的抗疲勞性和耐腐蝕性獲得廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)中常用的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)主要有纖維增強(qiáng)樹脂層板結(jié)構(gòu)(包括 CFRP 和 GFRP)和夾芯結(jié)構(gòu)，正日趨用于飛機(jī)的縫翼、襟翼、方向舵、升降舵、雷達(dá)罩、艙門和客艙裝飾板等構(gòu)件。

除制造缺陷外，飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件由于受載荷、振動(dòng)、濕熱酸堿、意外損傷等因素的綜合作用會(huì)出現(xiàn)板 與板分層、板與蜂窩脫粘，蜂窩積水、蜂窩積冰、蜂窩塌陷等缺陷。從發(fā)展趨勢來看，紅外熱像檢測技術(shù)將會(huì)成為航空器無損檢測的常規(guī)檢測手段；從維修工作的實(shí)際效果來看，采用紅外熱像技術(shù)檢測復(fù)合材料 蜂窩內(nèi)部積水的方法效率高、結(jié)果準(zhǔn)確。

原理及概況

物理原理溫度在絕對零度以上的物體均能產(chǎn)生電磁波，電磁波波長范圍與物體的溫度相對應(yīng)。如圖 1 所示為不同溫度下黑體的光譜輻射量，圖中波長與輻射量是與溫度相關(guān)的函數(shù)關(guān)系。熱輻射與其它形式的電磁波一 樣，在物體表面時(shí)會(huì)發(fā)生反射、透射和吸收。

圖 1 不同溫度下黑體的光譜輻射量

1、檢測原理

材料或結(jié)構(gòu)中的缺陷，如復(fù)合材料或其結(jié)構(gòu)件中的分層、脫粘、裂紋等，其導(dǎo)熱特性與材料本身存在明顯差異。當(dāng)外界熱激勵(lì)時(shí)，缺陷的存在會(huì)影響熱傳導(dǎo)，導(dǎo)致表面溫度分布異?；虮砻鏈囟入S時(shí)間的變化異常。

采用紅外熱像儀測量被檢復(fù)合材料構(gòu)件表面溫度變化，通過一定的信號處理，甚至借助于參考試塊， 獲得其表面或內(nèi)部缺陷的特征（包括缺陷的位置、大小及性質(zhì)等）。一般來說，缺陷越大，越靠近被檢表面，與基體材料的熱性質(zhì)差別越大，越容易被檢測出來。

1.1 應(yīng)用特點(diǎn)

紅外熱像檢測是無損檢測方法之一，具有直觀、快速、無污染、一次檢測面積大等優(yōu)點(diǎn)，適用于復(fù)合材料構(gòu)件的現(xiàn)場、快速檢測，如航空器結(jié)構(gòu)的原位檢測。它用于飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件制造、修理過程中產(chǎn)生或使用中形成的近表面缺陷（如分層、脫粘、空洞、異物、積水等）的檢測。

2、紅外熱像檢測系統(tǒng)簡介

紅外檢測按是否需要外部激勵(lì)可分為主動(dòng)紅外檢測和被動(dòng)紅外檢測。主動(dòng)式紅外檢測系統(tǒng)主要由紅外 熱像儀和熱激勵(lì)裝置構(gòu)成，對于特殊的熱激勵(lì)裝置如調(diào)制輻射源等還有專用的控制單元，如果需要，可采用計(jì)算機(jī)分析軟件對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理以輔助判讀；被動(dòng)式紅外檢測系統(tǒng)不需要熱激勵(lì)裝置。

紅外熱像儀的主要參數(shù)有顯示屏尺寸及圖像分辨率、空間分辨率、聲等效溫度差、測溫范圍等，在采購時(shí)應(yīng)注意滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和手冊的要求。
熱激勵(lì)方法很多，常見的熱激勵(lì)源有加熱毯、紅外燈、熱空氣源（如烘箱、電吹風(fēng)等）、閃光燈、調(diào)制輻射源等。制冷也視為熱激勵(lì)的一種，典型的制冷源有冷氣體、制冷機(jī)械、液氮、蒸發(fā)器等。

3.紅外熱像檢測技術(shù)在空客飛機(jī)維修中的應(yīng)用

與空客公司相比，波音公司更早地在 NDT 手冊中規(guī)定了使用紅外熱像檢測技術(shù)用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)積水、積冰、金屬板脫粘及飛機(jī)結(jié)構(gòu)裂紋檢查，但我們實(shí)際應(yīng)用不多。
從 2007 年開始，空客公司陸續(xù)以 SB 服務(wù)通告和 NTM 手冊的方式要求用戶對空客各機(jī)型飛機(jī)方向舵、升降舵等復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件采用紅外熱像檢測技術(shù)進(jìn)行蜂窩積水檢查，確保其滿足安全運(yùn)行要求。

3.1.工作概述

空客公司規(guī)定按 NTM 55-20-07-PB10 要求進(jìn)行升降舵積水檢查，按照 NTM 51-10-25-PB10 要求進(jìn)行方向舵積水檢查，此兩項(xiàng)工作需用紅外熱像方法進(jìn)行檢查，不能用其他方法代替。

檢查升降舵積水時(shí)，熱激勵(lì)源可采用方法 A(烘箱)、方法 B（電熱毯）或方法 C（冰箱）。
工卡規(guī)定三種方法可以互相替代，但由于方法 A 和方法 C 需要拆下升降舵放置在升降舵專用支持架上送入烘箱或冰箱中，同時(shí)使用烘箱或冰箱需要更多的空間放置且耗能巨大，故民航絕大部分開展此工作的維修企業(yè)均采用 方法 B 加熱。

和上述兩種方法相比，使用電熱毯加熱具有以下優(yōu)點(diǎn)：可在飛機(jī)原位進(jìn)行檢測、投資小、耗能小、電熱毯存放及移動(dòng)方便快捷等；缺點(diǎn)是受面積影響，無法一次性加熱整個(gè)升降舵以及由于需要檢測升降舵上下面板，需要一定高度且需移動(dòng)的工作梯。

檢查方向舵積水時(shí)，若環(huán)境溫度在 10?C 和 35?C 之間，采用電吹風(fēng)作為熱激勵(lì)源（程序 A）；若環(huán)境 溫度大于 35?C，采用在被檢表面施加薄水層的方式（程序 B）。

3.2 電熱毯加熱檢查升降舵

按照 NTM 55-20-07-PB10 的要求進(jìn)行檢查準(zhǔn)備、按電熱毯順序分步驟進(jìn)行加熱保溫以及使用紅外熱像儀進(jìn)行檢測并得到正確的結(jié)果。需注意以下問題：

（1）被檢升降舵面板表面應(yīng)清潔干燥，特別是面板上的積液會(huì)大大影響檢測結(jié)果；

（2）環(huán)境溫度應(yīng)保持在 10?C 和 30? C 之間，否則會(huì)影響加熱甚至無法完成加熱過程，因此在嚴(yán)寒地區(qū)開展此項(xiàng)工作時(shí)需要合適溫度的機(jī)庫而炎熱地區(qū)需要避開高溫時(shí)段。同時(shí)為了保證在規(guī)定時(shí)間段加溫的均勻，應(yīng)盡量避免在大風(fēng)室外環(huán)境下的加熱工作；

（3）保持電熱毯與升降舵蒙皮面板的良好接觸，否則會(huì)使升降舵加熱局部不均勻，影響成像質(zhì)量和結(jié)果的判斷，圖 2 和圖 3 分別顯示接觸良好和不良接觸下電熱毯的加熱成像照片。因此需按廠家的要求存放并正確使用電熱毯。

圖 2 加熱中的電熱毯與蒙皮良好接觸

圖 3 加熱中的電熱毯與蒙皮不良接觸

3.3 電吹風(fēng)加熱檢查方向舵

盡量保持電吹風(fēng)與方向舵面板垂直且勻速移動(dòng)加熱，否則會(huì)造成方向舵加熱局部不均勻，影響成像質(zhì)量和結(jié)果的判斷；

（2）通過調(diào)節(jié)電吹風(fēng)的加熱溫度和出風(fēng)口與方向舵面板的合適距離（150mm），盡量使被檢面板表面溫度大于環(huán)境溫度 15?C 左右，此溫差能夠得到較好的成像效果，同時(shí)為了避免高溫?fù)p傷方向舵面板，使用接觸式溫度計(jì)測量被檢面板確保表面溫度不超過 55? C。

圖 4 和圖 5 分別顯示加熱不均勻（白色顯示） 的面板成像和滿足檢測要求的面板成像。

圖 4 加熱不均勻的面板成像

圖 5 滿足檢測要求的面板成像

3.4 被檢表面施加薄水層加熱檢查方向舵

（1）水槍的氣壓為 5bar，水源必須清潔，水槍必須能在被檢表面形成均勻細(xì)薄的水層，決不允許有明顯的水滴沿被檢面板表面流動(dòng)；

（2）應(yīng)從方向舵的最下方區(qū)域向上進(jìn)行檢查，這樣可以避免水往下流的影響。

3.5 結(jié)果分析

（1）圖 6 和圖 7 為不同飛機(jī)相同區(qū)域的升降舵檢查成像照片，其中（a）為正常區(qū)域，（b）為積水區(qū) 域（黑色顯示）；

圖 6 升降舵上面板顯示

圖 7 升降舵上面板顯示（有肋區(qū)域）

（2）蜂窩結(jié)構(gòu)中的膠可能會(huì)造成類似積水的虛假顯示，可采用以下方法進(jìn)行驗(yàn)證排除：

①通過查閱被檢件修理記錄和外形檢查，排除修理填膠造成的虛假顯示；

②對有顯示區(qū)域，采用鉆小孔后針筒吸水的方式進(jìn)行驗(yàn)證；

③采用紅外成像顯示確定位置，X 射線確定是否積水的方式進(jìn)行驗(yàn)證排除。

通過近幾年的實(shí)際應(yīng)用，紅外熱像檢測技術(shù)已逐漸成為五大常規(guī)無損檢測技術(shù)之外的一種常規(guī)技術(shù)應(yīng)用于民航飛機(jī)維修中。

和國外同行業(yè)甚至國內(nèi)其他行業(yè)相比雖然開展較晚且缺乏經(jīng)驗(yàn)，相信隨著復(fù)合材料在民用航空器上越來越廣泛的應(yīng)用以及各航空公司機(jī)群數(shù)量的增加，隨著專業(yè)人員工作的積累，紅外熱像檢測技術(shù)將會(huì)在民航維修復(fù)合材料及其構(gòu)件的檢測甚至更多的領(lǐng)域中得到廣泛的發(fā)展。