Testování spojů u kompozitních materiálů částí letadel

Použití kompozitů v leteckém průmyslu dramaticky roste - je z nich vyroben téměř celý trup Boeingu 787 a i konstrukce nových letounů Airbus A380 a A350 zahrnuje významný podíl kompozitních struktur. Použití těchto materiálů vzrostlo i u výrobců menších strojů a Business Jetů, a stejný trend lze vidět i u vojenských letadel. Vzhledem k tomu, že letecké konstrukce jsou kromě vysokého namáhání vystaveny i extrémním podmínkám, ať už jde o teplotní rozdíly, nebo úder blesku, je zapotřebí mít k dispozici spolehlivé a účinné nedestruktivní metody a nástroje, jak rychle vyhodnotit možné poškození.
Náraz na konstrukci letadel může způsobit různé typy poškození kompozitních struktur, v závislosti na povaze kompozitní části, její složení a hustotě. U laminovaných konstrukcí jsou to např. defekty, které způsobují hlavně delaminace mezi různými vrstvami, ale mohou vést i k rozvolnění spojení mezi povrchovou vrstvou a výztuhami, a výrazně tak narušit integritu vrstvených struktur, jaké jsou použity především u trupu B787 či A350.
Kompozitní sendvičové konstrukce složené z voštinového jádra struktury (NOMEX, apod.) vloženého mezi laminátové povrchové vrstvy (obvykle z uhlíkových materiálů), mohou utrpět současné různé druhy poškození. Po nárazu lze nalézt následující vady:
Typ A - delaminace mezi vrstvami vnějšího CFRP povrchu, rovnoběžně k povrchu
Typ B - uvolnění spojů mezi vnější povrchovou vrstvou a voštinovým jádrem
Typ C - prasklé voštinové jádro paralelně ke kontrolovanému povrchu
Typ D - rozdrcená voština v paralelní oblasti
Typ E - rozvolnění spoje mezi vnitřní stranou povrchové vrstvy a voštiny
Typ F - pronikání tekutin do voštinového jádra

Multimodální akustické testování
K tomuto účelu je určen přístroj Olympus Bondmaster 600, který využívá režim pitch-catch, mechanickou impedanční analýzu (MIA) a rezonanční testování. Režimy pitch-catch slouží ke kontrole kompozitních materiálů obsahujících voštinové struktury. Vysílač vyšle akustickou energii do části, která je zachycována přijímačem. V normálním, pevném stavu spoje je část akustické energie zmírněna součástí nosné konstrukce. Když je sonda umístěna nad poškozenou oblastí, je množství energie odražené zpět k přijímači větší, což vede k změně amplitudy. Adaptací této techniky byl nedávno vyvinut systém pro spolehlivou detekci poškození spojení na vzdálenější straně (až 40 mm) pod voštinovou strukturou, jako jsou vady typu E. Nová vysokonapěťová sonda byla navržena speciálně pro obtížné a časově náročné inspekce letadel Airbus.

Konvenční ultrazvukové testování
Ultrazvuk je nejrozšířenější technikou pro kontrolu kompozitních struktur. Běžně ultrazvuk prochází velmi dobře kompozitními vrstvenými strukturami a může poměrně snadno detekovat anomálie. U sendvičových konstrukcí je však extrémně oslabený v důsledku nehomogenity a nízké hustoty struktury jádra. Proto použití ultrazvuku pro sendvičové konstrukce vyžaduje v inspekčních nástrojích více specializované funkce.
Ve výrobě jsou velké sendvičové panely kontrolovány transmisními metodami, kdy ultrazvukový paprsek s relativně vysokou amplitudou cestuje přes zkoušenou část a přijímací snímače nacházející se na druhé straně měří útlum signálu. Tato technika je velmi spolehlivá, ale nelze ji bohužel používat v prostředí údržby, kdy je požadovaný přístup z obou stran konstrukce letadla nemožný.
Nicméně, ultrazvuk umožňuje detekci poškození spojů vnitřních a vnějších povrchových vrstev, přítomnost kapalin a rozdrceného jádra. Nezbytné jsou nízkofrekvenční převodníky a sledování signálu odraženého od zadní stěny. Delaminace vnějšího pláště a poškozené spojení mezi vnějším pláštěm a jádrem se vyznačují celkovým útlumem signálu ze zadní stěny.
Technika nedávno vyvinutá pro detekci poškozených spojů mezi vnitřní povrchovou vrstvou a jádrem využívá širokopásmovou (1MHz) sondu pro excitaci silného obdélníkového impulsu, který vytváří rezonance ve struktuře pod sondou. Filtry přijímače a vysílače jsou naladěny na tloušťky struktury a k práci na odpovídající poloviční vlnové délce. Přítomnost poškození sníží tuhost konstrukce a způsobuje rezonanční posun k delší vlnové délce, čímž se rezonanční frekvence sníží.

Testování sfázovaným ultrazvukem
Nové technologie, jako testování sfázovaným ultrazvukem, zaznamenaly rovněž značný vývoj, k dispozici jsou již přenosné a snadno použitelné jednotky, jako je např. přístroj OmniScan PA, kde se využívá lineární skenování. Přístroj provádí kontrolu pod úhlem nula stupňů pokrývající v jednom průchodu velkou plochu. V kombinaci s využitím přenosného skeneru, jako je např. systém Glider, je k dispozici možnost spolehlivější a rychlejší kontroly.
Rostoucí využívání letadel s kompozitní strukturou vytvořilo potřebu rychle zkontrolovat, zda nedošlo při provozu k poškození během obratu stroje na letišti. Vzhledem k tomu, že ne na všech světových letištích jsou k dispozici profesionální NDT technici, byly navrženy nové nástroje, které by mohli používat i neškolení servisní pracovníci za účelem zjištění možné delaminace v důsledku nárazu. Příkladem je Olympus 35RDC - jednoduchý ultrazvukový přístroj založený na osvědčené pulz/echo technice, vytvořený pro kontrolu nového letounu Boeing 787 a dalších kompozitních konstrukcí na detekci podpovrchových poškození nárazem na pevné laminátové (ne voštinové) struktury.
 

Publikováno: 5. 10. 2015 | Počet zobrazení: 2639 496