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摘要：本文主要针对空气耦合超声技术展开分析，思考了空气耦合超声技术在航空航天复合材料无损检测中的应用需求和应用的实际情况，希望可以为今后的阴功带来参考。
关键词：空气耦合；超声技术；航空航天复合材料；无损检测；应用
前言
当前，空气耦合超声技术在航空航天复合材料无损检测中的应用也在增多，为此，我们有必要进一步研究空气耦合超声技术在航空航天复合材料无损检测中的应用的实际情况和具体的应用效果。
1复合材料检测概述
所谓复合材料就是由两种或者是两种以上的不同物质再通过不同的方式而组合的材料，这种复合材料可以发挥不同材料的特点，同时也可以解决单一材料所存在的缺陷，从而也提高了材料的使用。一般的复合材料特点都是具有较轻的重量、较高的强度，并且在加工时极易成型，具有弹性优良等特点，所以它已经逐渐的代替了金属合金以及木材等，主要应用在电子、汽车以及航空航天、建筑等广泛的领域当中，尤其在近些年当中，也得到了更为快速的发展。但是，因为复合材料的各项异性，会在制造工艺当中存在不稳定的现象，所以也会造成某些缺陷的产生，尤其在使用的过程当中，会因为撞击、疲劳以及腐蚀等一些化学因素的影响，极易对复合材料产生缺陷，因此，检测技术就显得尤为重要了，同时在检测的方法当中无损检测的发展研究更是具有非常重要的作用。
高新技术领域在随着不断的进步和发展，在应用材料方面的性能也在日益提高，所以一般材料的性能已经很难达到高指标的综合要求了。所以很多具有优良性能的一些复合材料都已经得到全面的利用开发了，并且成为专业投敌的重要材料，与此同时，这也确保了产品质量在检测技术方面有了更高的要求和挑战，而无损检测技术是否可以有效的成为新材料结构是应用的一个关键因素。由于无损检测已经逐步的把复合材料作为主要对象以及新的检测结构，这也是作为现阶段最重要的一个研究方向。
2空气耦合超声技术
传统的超声检测方法需要使用水、油类等作为检测的耦合剂，传统的耦合剂会使复合材料试件受潮或变污，甚至会沿缺陷渗入试件内部，影响试件的力学性能和机械性能等，因此，传统的超声检测技术已不再适用于陶瓷、蜂窝夹芯、泡沫夹芯等多孔渗水类复合材料。非接触空气耦合超声检测的出现很好地填补了这方面的缺憾，以空气作为检测耦合剂的空气耦合超声检测，能够很好地摆脱材料和环境的限制，实现完全非接触的超声检测，对气孔、分层、疏松、脱胶、纤维断裂等缺陷和损伤的检测也能取得较好的检测效果，尤其是能够实现快速在线扫查这一特点，将使空气耦合超声检测在未来的无损检测领域中将有着更为广泛的应用。
研究中的提升空气耦合超声检测水平的方向与手段有多种，但是随着空气耦合理论研究的深入、空气耦合换能器的进步创新以及超声信号处理技术的不断进步与完善，当前空气耦合超声检测的研究热点主要集中在新型空气换能器的研发和信号处理技术上。近年来成功应用的换能器，按其工作原理可以分为两种：压电类空气换能器（窄带）、电容式空气换能器（宽带）。压电类换能器具有更大的超声信号输出功率，目前应用比较广泛，尤其是在空气耦合式换能器商品化产品中拥有极高的市场占有率，而电容式换能器对实际工作环境的要求非常苛刻，目前主要处于实验室应用和研发阶段。
3空气耦合超声技术在航空航天复合材料无损检测中的应用
随着材料工艺的成熟及产品质量的提高，高性能复合材料在航空航天领域的使用比例大幅度提升（波音B787“梦想”飞机的复合材料用量已达结构重量的50%），有些材料已代替金属成为某些核心部件的主要结构材料，使得航空航天技术的发展有了质的飞跃。在航空航天领域已得到应用的新型复合材料主要包括纤维增强复合材料､夹芯结构复合材料､耐高温复合材料等，此类材料普遍具有高比强度､高比刚度､高模量､耐腐蚀等优异性能，然而受工艺､材料特性和服役条件等因素影响，容易产生分层､夹杂､脱粘､孔隙等多种类型的缺陷。因此，必须采用有效的无损检测方法准确检出复合材料在制造和使用过程中产生的各种缺陷。但是，近年来逐渐在航空､航天等领域获得应用的多种高性能新型复合材料因其制造成本高､结构特殊､使用环境特殊等，对无损检测技术提出了更苛刻､更有针对性的检测条件（不能使用耦合剂､检测空间狭小､构件尺寸大､结构复杂）和要求（检测高效､检测结果实时直观等），故研究与新型复合材料技术发展水平相适应的无损检测技术已成为国内外研究人员普遍关注的新课题。
空气耦合超声无损检测技术是近年来国内外研究的重要方向。该技术不仅具有传统超声检测方法的声束可控､声波转换效率高､灵敏度高､可靠性高､成本低等特点，同时还兼具系统搭建简便､高效率､节约资源､无污染､适合原位检测等其他诸多优点。IMIELINISKA等研究了碳纤维､玻璃纤维､聚酰胺纤维增强树脂基复合材料冲击损伤的空气耦合超声检测方法。PETERS等建立了空气耦合超声系统并应用于MD-80飞机构件的现场检测。目前，国外已研制出高性能空气耦合超声换能器和成套系统，并逐步应用于航空航天工程领域，如：德国无损检测技术研究所的HFUS2400AIRTECH系列，美国ULTRANGROUP公司的NCT/NCG系列换能器和SECONDWAVEM510系统､QMI公司的AS系列换能器和AIRSCANSONDA-007CX系统，日本JAPANPROBE公司的NAUT21系统等。在国内，周正干等研究了空气耦合超声检测的线性调频､非线性调频和相位编码脉冲压缩技术，提高了复合材料中空气耦合超声信号的幅度和信噪比。徐春广等研究了空气耦合超声换能器声场的计算方法和测量方法及其基本声学性质。刘战捷等采用SONDA-007CX空气耦合超声系统进行了蜂窝夹芯复合材料检测试验。但是，目前空气耦合超声无损检测技术仍然没有在航空航天工程领域得到广泛应用，在航空航天先进复合材料的空气耦合超声检测方面仍需要开展必要的试验与验证。
比如，采用模压法制备了圆形的玻璃钢､碳纤维复合材料试样，在试样中预置了直径尺寸分别为12､10､9､8､7､6､5､4､3mm的9个圆形铜箔片模拟材料内部的分层缺陷。
采用空气耦合超声系统进行玻璃钢､碳纤维模压复合材料检测试验，通过多次试验选定适用于模压复合材料的检测参数，其中空气耦合超声换能器频率为400kHz､焦斑直径为1.0mm､焦距为27.94mm，扫描步长为0.5mm。为提高模压复合材料中空气耦合超声信号的幅度和信噪比，试验过程中采用了相位编码脉冲压缩和小波滤噪联合处理方法。采用穿透式空气耦合超声C扫描方法得到的模压复合材料可以观测到直径5mm以上模拟内部分层缺陷的形状和分布特征。
试验结果表明：采用空气耦合超声无损检测方法可以有效检出玻璃钢､碳纤维模压复合材料中直径5mm以上的内部分层型缺陷；对直径<5mm且具有体积型特征的分层缺陷，可采用射线方法进行检测，而空气耦合超声检测方法可以应用于此类材料及结构中大尺寸（直径≥5mm）分层缺陷的非接触无损检测。
结语
综上所述，对于空气耦合超声技术在航空航天复合材料无损检测中的应用的要求和具体的应用的方法，本文进行了思考，希望可以为今后的应用和实际的应用的方案带来参考。
参考文献：
[1]吴朝晖.超声无损检测的应用与探讨[J].宁波工程学院学报.2018（04）：22-24.
[2]罗雄彪，陈铁群.超声无损检测的发展趋势[J].无损检测.2017（03）：148-152.