隨著航空制造技術的不斷發展，復合材料以其高的比強度、比剛度及良好的抗疲勞性和耐腐蝕性獲得廣泛的應用。現代飛機結構中常用的復合材料結構主要有纖維增強樹脂層板結構(包括 CFRP 和 GFRP)和夾芯結構，正日趨用于飛機的縫翼、襟翼、方向舵、升降舵、雷達罩、艙門和客艙裝飾板等構件。

除制造缺陷外，飛機復合材料結構件由于受載荷、振動、濕熱酸堿、意外損傷等因素的綜合作用會出現板 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。從發展趨勢來看，紅外熱像檢測技術將會成為航空器無損檢測的常規檢測手段；從維修工作的實際效果來看，采用紅外熱像技術檢測復合材料 蜂窩內部積水的方法效率高、結果準確。

原理及概況

物理原理溫度在絕對零度以上的物體均能產生電磁波，電磁波波長范圍與物體的溫度相對應。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的函數關系。熱輻射與其它形式的電磁波一 樣，在物體表面時會發生反射、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

材料或結構中的缺陷，如復合材料或其結構件中的分層、脫粘、裂紋等，其導熱特性與材料本身存在明顯差異。當外界熱激勵時，缺陷的存在會影響熱傳導，導致表面溫度分布異常或表面溫度隨時間的變化異常。

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

1.1 應用特點

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點，適用于復合材料構件的現場、快速檢測，如航空器結構的原位檢測。它用于飛機復合材料構件制造、修理過程中產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、紅外熱像檢測系統簡介

紅外檢測按是否需要外部激勵可分為主動紅外檢測和被動紅外檢測。主動式紅外檢測系統主要由紅外 熱像儀和熱激勵裝置構成，對于特殊的熱激勵裝置如調制輻射源等還有專用的控制單元，如果需要，可采用計算機分析軟件對采集的數據進行分析處理以輔助判讀；被動式紅外檢測系統不需要熱激勵裝置。

紅外熱像儀的主要參數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，在采購時應注意滿足相關標準和手冊的要求。
熱激勵方法很多，常見的熱激勵源有加熱毯、紅外燈、熱空氣源（如烘箱、電吹風等）、閃光燈、調制輻射源等。制冷也視為熱激勵的一種，典型的制冷源有冷氣體、制冷機械、液氮、蒸發器等。

3.紅外熱像檢測技術在空客飛機維修中的應用

與空客公司相比，波音公司更早地在 NDT 手冊中規定了使用紅外熱像檢測技術用于復合材料結構積水、積冰、金屬板脫粘及飛機結構裂紋檢查，但我們實際應用不多。
從 2007 年開始，空客公司陸續以 SB 服務通告和 NTM 手冊的方式要求用戶對空客各機型飛機方向舵、升降舵等復合材料結構件采用紅外熱像檢測技術進行蜂窩積水檢查，確保其滿足安全運行要求。

3.1.工作概述

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

檢查升降舵積水時，熱激勵源可采用方法 A(烘箱)、方法 B（電熱毯）或方法 C（冰箱）。
工卡規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點：可在飛機原位進行檢測、投資小、耗能小、電熱毯存放及移動方便快捷等；缺點是受面積影響，無法一次性加熱整個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的工作梯。

檢查方向舵積水時，若環境溫度在 10?C 和 35?C 之間，采用電吹風作為熱激勵源（程序 A）；若環境 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 的要求進行檢查準備、按電熱毯順序分步驟進行加熱保溫以及使用紅外熱像儀進行檢測并得到正確的結果。需注意以下問題：

（1）被檢升降舵面板表面應清潔干燥，特別是面板上的積液會大大影響檢測結果；

（2）環境溫度應保持在 10?C 和 30? C 之間，否則會影響加熱甚至無法完成加熱過程，因此在嚴寒地區開展此項工作時需要合適溫度的機庫而炎熱地區需要避開高溫時段。同時為了保證在規定時間段加溫的均勻，應盡量避免在大風室外環境下的加熱工作；

（3）保持電熱毯與升降舵蒙皮面板的良好接觸，否則會使升降舵加熱局部不均勻，影響成像質量和結果的判斷，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 電吹風加熱檢查方向舵

盡量保持電吹風與方向舵面板垂直且勻速移動加熱，否則會造成方向舵加熱局部不均勻，影響成像質量和結果的判斷；

（2）通過調節電吹風的加熱溫度和出風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境溫度 15?C 左右，此溫差能夠得到較好的成像效果，同時為了避免高溫損傷方向舵面板，使用接觸式溫度計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薄的水層，決不允許有明顯的水滴沿被檢面板表面流動；

（2）應從方向舵的最下方區域向上進行檢查，這樣可以避免水往下流的影響。

3.5 結果分析

（1）圖 6 和圖 7 為不同飛機相同區域的升降舵檢查成像照片，其中（a）為正常區域，（b）為積水區 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（有肋區域）

（2）蜂窩結構中的膠可能會造成類似積水的虛假顯示，可采用以下方法進行驗證排除：

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對有顯示區域，采用鉆小孔后針筒吸水的方式進行驗證；

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行驗證排除。

通過近幾年的實際應用，紅外熱像檢測技術已逐漸成為五大常規無損檢測技術之外的一種常規技術應用于民航飛機維修中。

和國外同行業甚至國內其他行業相比雖然開展較晚且缺乏經驗，相信隨著復合材料在民用航空器上越來越廣泛的應用以及各航空公司機群數量的增加，隨著專業人員工作的積累，紅外熱像檢測技術將會在民航維修復合材料及其構件的檢測甚至更多的領域中得到廣泛的發展。