飞机复合材料结构智能敲击检测系统研究

摘要

随着航空技术和材料科学的发展，各类新型、先进的复合材料在民用飞机中得到越来越广泛的应用。由于复合材料各向异性等特点，其损伤机理、失效形式以及修理技术等都与金属材料结构具有显著的不同。因此相关的无损检测、维修以及适航审定等方面的技术面临新的发展与挑战。如何研究、开发一整套的有关飞机复合材料安全性、可靠性和经济性的控制体系成为紧迫而现实的课题。其中，复合材料的无损检测显得尤为重要。 目前，常用的复合材料无损检测方法（电磁检测、涡流检测、超声检测等）均有自身的优缺点和适用范围。本文跟踪世界先进技术，结合声振电子技术，在对复合材料损伤机理进行理论和实验研究的基础上，研究开发了飞机复合材料结构智能敲击检测系统，并结合民用飞机制造技术和我国复合材料适航审定标准，开发了相应智能检测系统软件。主要研究内容包括：研究了传感器技术在敲击检测中的应用，解决了工程应用中的关键技术和难题；开发了敲击信号相关的信号处理电路，包括放大模块、AD转换模块、运算模块以及稳压模块；研究了民航飞机复合材料结构常见的损伤类型与机理以及与之相适应的无损检测方法；对民航飞机复合材料的适航审定进行了探讨，构建了复合材料损伤缺陷数据库和适航审定数据库构架，并开发了相应的软件系统。 在此基础上，综合数字敲击锤、信号处理模块、复合材料的损伤原理、损伤疲劳评估和软件系统等部分，开发完成民航飞机复合材料智能敲击检测系统；最后，利用复合材料损伤实验件，运用本系统对其进行了敲击检测与分析，验证了本文所开发系统的可行性、有效性和先进性，获得了较好的效果和有益的结论。 本文的研究成果，可应用于民用飞机复合材料结构的生产及维修现场，具有自动化程度高、使用简便、快速精确等特点。