某型飞机复合材料结构超声检测探头的设计.pdf

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1、第28卷第2期2015年3月机电产品开崖与刨新Devel叩ment＆InnovationofMachin。ry＆ElectricalPmductsVOI．28．NO．2Mar．．2015文章编号：1002—6673(2015)02—005—02某型飞机复合材料结构超声检测探头的设计谢小荣1，杨小林1，李邦治2(1．空军第一航空学院，河南信阳464000；2．九三一二三部队，辽宁辽阳111000)摘要：针对某型飞机复合材料结构检测，设计了一种超声波延迟块探头。主要分析计算了延迟块探头的各项技术参数。通过试验应用，

2、验证了对某型飞机复合材料结构检测的可靠性。关键词：超声波检测；探头；延迟块中图分类号：TB47文献标识码：Adoi：10．3969，j．issn．1002—6673．2015．02．002DesignofIJltr嬲。岫dProbefor越rc瑚血CompositeMaterialStnKtllreIIlspectionxIEXi∞一Ron窖，YANGXiao—L耐，LlB珊lg—zh孑(1．TheFirstAeronauticalU11ivers时of趾rForce，XhlyallgHenall464000，

3、Ctlina；2．Unit93123，LiaoyangLiaoning111000，Chjna)Abstract：AtypeofultrasounddelayprobewasdesignedforaircraRcompositermterials仕uctureinspecdon．Sometechnjcaldataofdelayprobewereana：【yzeda11dcalculated．E冲erimentswerehddtoproVetherehabilityofinsitutesdng．Keywords：

4、mtrasounddetecdon；probe；delayO引言某型飞机复合材料结构存在层间强度低、抗压能力弱等缺点，当其受外来物体冲击后，如：冰雹、碎石、工具跌落、踩踏、维护或操作不当等原因都可能导致复合材料结构出现分层、脱粘、基体开裂、界面脱落和纤维断裂等各种损伤，这些损伤若不及时发现，将导致结构的承力强度下降或失效，严重威胁飞机飞行安全。目前针对该型飞机复合材料结构的损伤主要采用超声波检测．但需要设计专门的超声检测探头。超声检测探头的设计主要从探头结构、晶片工作频率、晶片的尺寸和延迟块尺寸等方面考虑。1检

5、测原理如图1所示．超声探头产生脉冲超声波透射入被检测试件。在试件内传播的超声波遇到分层、脱粘等缺陷时即被反射．反射回波由超声探头接收转变成电脉冲信号输入检测仪．经过信号处理后最终在显示屏上显示出检测波形。根据荧光屏上表面回波S和底面回波B之间是否出现缺陷波F。可以判断试件内部是否存在损伤。修稿日期：2015—01—07作者简介：谢小荣(1973一)，男，副教授。研究方向：无损检测技术；李邦治(1978一)，男，工程师。研究方向：飞机附件检修与无损检测。白墼2结构设计邕．强粤一’蒜根据某型飞机复合材料结构损～伤一

6、般平行检测面的特点，探头型，式确定为直探头，如图2所示。探B头由压电晶片、阻尼吸收块、延迟块、导线、外壳和电缆接头等组成。探头的核心部件是压电晶片．用来图1检测原理示意图产生和接收超声波。晶片的背部是Fig．1T幅tingprincipl。阻尼吸收块，吸收块的采用是由于加于晶片的电脉冲停止后，压电晶片会因惯性而继续振动，加上吸收块后，电脉冲停止后，晶片很快停止振动。另外，吸收块还以吸收接头晶片背部超声波，避免超声广_—皿一一一1一外壳波多次来回背反射，对晶片1．，一l’吸收块发射和接收超声波造成干扰。l

7、

8、⋯由

9、于晶片上各点产生的超声b=2d延迟块波会发生干涉现象，探头产盲区I。l生的超声波声场并不是连续L———一规则分布，在晶片附近存在图2探头结构盲区，盲区范围一般有5～Fig·2The8‘眦mmofpmbe10mm。某型飞机复合材料结构厚度一般不超过15mm，甚至只有2～3r砌，因此，超声波检测时应尽量消除该盲区影响．本设计采用晶片前端加延迟块的方法。5·开发与创新·3参数确定3．1工作频率一般选择频率时应考虑以下因素[u：(1)由于波的绕射，使超声波检测灵敏度约为入／2，因此提高频率，有利于发现更小的缺陷。(2)

10、频率高，脉冲宽度小，分辨力高，有利于区分相邻缺陷。(3)o=arcsinl．22vD可知，频率高，波长入短，则半扩散角。小，声束指向性好，能量集中，有利于发现缺陷并对缺陷定位。(4)频率高，波长入短，盲区长度大，对检测不利。(5)频率增加，衰减急剧增加。对于某型飞机复合材料结构。由于结构厚度小，衰减因素可不考虑，主要考虑检测灵敏度、分辨力和定位精度，频率高对检测有利。但频率太高，晶片越