[发明专利]基于返回式飞船层合防热材料的无损检测方法

说明书

本发明基于返回式飞船层合防热材料的无损检测方法，利用空气耦合超声检测方法取得穿透返回式飞船层合防热材料的透射波，通过检测的超声波透射波波峰值表征返回式飞船层合防热材料的密度；本发明解决了普通超声检测过程中耦合剂对材料的污染问题；通过对返回式飞船层合防热材料无损检测的研究，确定适合于疏松防热材料的测试参数，实现对返回式飞船层合防热材料的无损检测；通过研究超声波在防热材料中的衰减与材料密度之间的关联，实现对返回式飞船层合防热材料密度的无损检测，可以在不损伤材料试样的前提下，大范围直观的检测返回式飞船层合防热材料的密度。

技术领域

本发明提出了基于返回式飞船层合防热材料的无损检测方法，属于复合材料领域。

背景技术

目前航天领域对材料减重的需求越来越高，而防热材料的重量在返回式飞船占了相当大的一部分比例，因此，对防热材料的质量或密度控制是防热材料研究的一个重要方面。而目前尚未有太好的无损手段解决防热材料的密度控制问题，普通的超声检测手段无法穿透防热材料；另外针对于航空航天用的层合防热材料等特殊材料，水或者其他液体的耦合剂会使材料受潮或变污，并且有可能渗入到损伤处，从而影响构件的力学强度和尺寸的稳定，材料评价后耦合剂的清理也很费时；现有的空气耦合技术虽然通过新型超声换能器和信号处理技术解决了耦合剂问题，但因研究并不深入，多用于金属或碳纤维层合材料等密实材料，尚未应用于防热材料这类疏松材料上，更没有通过该技术检测防热材料的密度的相关尝试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有手段的不足，提供基于返回式飞船层合防热材料的无损检测方法，解决返回式飞船层合防热材料密度控制问题。

本发明的技术方案是：基于返回式飞船层合防热材料的无损检测方法，利用空气耦合超声检测方法取得穿透返回式飞船层合防热材料的透射波，通过检测的超声波透射波波峰值表征返回式飞船层合防热材料的密度，具体步骤如下：

1)将待测试试样与两个标准密度试样制成相同厚度试样，清除试样表面的污垢、毛刺；

2)将密度为ρ_A的标准密度试样A放入空气耦合超声检测仪的两个超声波探头之间，设置空气耦合超声检测仪参数，包括扫描频率、试样与探头之间的距离、采集延迟及增益；在空气耦合超声检测仪的显示屏幕上观察并记录标准密度试样A对应的峰值高度h_A；

3)将密度为ρ_B的标准密度试样B放入空气耦合超声检测仪的两个超声波探头之间，且放置位置与标准密度试样A的位置相同；在空气耦合超声检测仪的显示屏幕上观察并记录标准密度试样B对应的峰值高度h_B；

4)将待测试的试样放入空气耦合超声检测仪的两个超声波探头之间，且放置位置与标准密度试样A的位置相同，在空气耦合超声检测仪的显示屏幕上观察并记录待测试样的波形峰值高度h；

5)根据标准密度试样A对应的峰值高度h_A、标准密度试样B对应的峰值高度h_B以及待测试样的波形峰值高度h，计算获得待测试样的密度值ρ。

所述超声波探头的扫描频率选用50KHz或120KHz或250KHz或 400KHz。

所述超声波探头的扫描频率选择50KHz，试样与两个超声波探头之间的距离均为9cm。

所述超声波探头的扫描频率选择120KHz，试样与两个超声波探头之间的距离均为2.7cm。

调整空气耦合超声检测仪的采集延迟及增益，调整原则为待测波形显示清晰稳定，波形曲线位于屏幕正中，波峰高度为显示的测试最高值的2/3至1之间。

所述步骤5)中计算获得待测试样的密度值ρ具体公式为：