大型固體火箭發(fā)動機碳纖維纏繞殼體超聲波C掃描檢測技術應用

周 娥 劉 凱 王曉勇 熊建平

大型固體火箭發(fā)動機碳纖維纏繞殼體超聲波C掃描檢測技術應用

周 娥 劉 凱 王曉勇 熊建平

（湖北三江航天江北機械工程有限公司，孝感 432000）

采用超聲波穿透法對大型纏繞殼體進行大量C掃描成像檢測試驗與數據積累，驗證該方法可有效檢測出大型纏繞殼體直筒段內部分層、脫粘等缺陷，得出超聲波C掃描成像檢測技術可對大型纏繞殼體內部質量進行檢測評估的結論，有利于大型纏繞殼體設計優(yōu)化與可靠使用。

穿透法；纏繞殼體；內部質量

1 引言

固體火箭發(fā)動機殼體既是推進劑貯箱又是燃燒室殼體，同時還是火箭或導彈的彈體，其強度對發(fā)動機使用可靠性影響極大[1]。因此，通過無損檢測方法評估纏繞殼體內部質量尤為重要。以某型號固體火箭發(fā)動機纏繞殼體為例，運用大量實踐經驗及數據介紹碳纖維纏繞殼體內部粘接質量檢測與評價技術——超聲波C掃描檢測技術的應用。

2 超聲波C掃描檢測技術簡介

超聲波C掃描檢測是基于超聲波A掃原理，提取垂直于聲束截面的穿透波信息而形成二維圖像的無損檢測技術。所得到的C掃描圖以色階的形式反映工件穿透波幅值，圖像上的每一點與被檢工件上的相應位置嚴格對應，當工件中存在分層、脫粘等缺陷時，超聲波無法穿透該位置，該位置的C掃圖即以與其他完好位置不同的顏色直觀顯現。因此，超聲波C掃描檢測技術具有定性、定位準確，檢測靈敏度高、檢測效率高等優(yōu)點。

3 超聲波C掃描檢測技術應用

3.1 待檢產品結構特點

某型號發(fā)動機殼體由碳纖維纏繞固化而成，其內壁粘貼有絕熱層橡膠，殼體結構如圖1所示。碳纖維纏繞層間、碳纖維與絕熱橡膠層間常見分層、脫粘等缺陷。需檢測碳纖維纏繞層間、碳纖維與絕熱橡膠層間的粘接質量。

圖1 大型發(fā)動機碳纖維纏繞殼體示意圖

3.2 檢測儀器及探頭

水壓試驗前、后對燃燒室殼體上裙區(qū)域、筒段進行超聲波C掃描成像檢測，采用常規(guī)超聲波探傷儀、水耦合、一發(fā)一收兩只探頭，實現燃燒室殼體穿透法檢測。

3.3 檢測結果與分析

3.3.1 01#燃燒室殼體檢測結果

a. 水壓試驗前超聲波C掃描檢測01#燃燒室殼體上裙區(qū)域、筒段，檢測結果如圖2所示，電纜罩部位（圖2上、中部位兩條整塊深色矩形區(qū)域）不予評定。

圖2 01#燃燒室殼體水壓前超聲波C掃描檢測圖

距前裙端面180～210mm無穿透波；距前裙端面320mm存在兩處缺陷，面積分別為45mm×240mm和65mm×72mm，缺陷面積約占該環(huán)帶總面積的10.6%，其余部位未見異常。

距后裙端面150～180mm無穿透波；距后裙端面285mm有一處異常，缺陷面積為22mm×904mm，約占該環(huán)帶總面積的8.1%，其余部位未見異常。

b. 水壓試驗后超聲波C掃描檢測01#燃燒室殼體上裙區(qū)域、筒段，檢測結果如圖3所示，電纜罩部位（圖3上、中部位兩條整塊深色矩形區(qū)域）不予評定。

圖3 01#燃燒室殼體水壓后超聲波C掃描檢測圖

距前裙端面180～225mm無穿透波；距前裙端面330mm環(huán)帶存在局部缺陷，其中兩處較明顯缺陷面積分別為110mm×245mm和100mm×180mm，缺陷面積約占該環(huán)帶的24.5%，其余部位未見異常。

距后裙端面150～185mm無穿透波；距后裙端面290mm環(huán)帶存在局部異常，其中兩處較明顯缺陷面積分別為92mm×380mm和25mm×900mm，缺陷面積約占該環(huán)帶的25.9%，其余部位未見異常。

3.3.2 02#燃燒室殼體檢測結果

a. 水壓試驗前超聲波C掃描檢測02#燃燒室殼體上裙區(qū)域、筒段，檢測結果如圖4所示，電纜罩部位（圖4中、下部位兩條整塊不均勻亮色矩形區(qū)域）不予評定。

圖4 02#燃燒室殼體水壓前超聲波C掃描檢測圖

后半段有兩處修補產生的脫粘顯示，面積分別約為300mm×316mm和460mm×460mm。

b. 水壓試驗后超聲波C掃描檢測02#燃燒室殼體筒段，檢測結果如圖5所示，電纜罩部位（圖5中、下部位兩條整塊深色矩形區(qū)域）不予評定。

圖5 02#燃燒室殼體水壓后超聲波C掃描檢測圖

前裙、筒段均顯示有不同程度的脫粘，較水壓前脫粘面積增加了57%。兩處修補部位去除真空膜后，一處未見脫粘，另一處脫粘面積為70mm×85mm。

4 結束語

采用超聲波C掃描成像檢測方法檢測碳纖維纏繞殼體，能有效檢測出其中的分層、脫粘缺陷，并可通過觀察C掃描圖像準確定量、定位分析缺陷；通過對水壓試驗前、后的碳纖維纏繞殼體進行超聲波C掃描檢測，可直觀對比水壓試驗前、后纏繞殼體的變化情況，為纏繞殼體的設計、制造工藝優(yōu)化及后續(xù)應用提供了理論依據和實踐數據。大量試驗表明，超聲波C掃描成像檢測方法可用于固體火箭發(fā)動機纏繞殼體內部質量的批量檢測。

1 邱哲明. 固體火箭發(fā)動機材料與工藝[M]. 北京：宇航出版社，1995

Application of Ultrasonic C-scanning Technology for Carbon Fiber Winding Shell of Large Solid Rocket Motor

Zhou E Liu Kai Wang Xiaoyong Xiong Jianping

(Jiangbei Machinery Engineering Co., Ltd., Xiaogan 432000)

This paper introduces a long-term practice of ultrasonic penetration method for C scanning imaging detection in the internal quality inspection of carbon fiber winding case of a large solid rocket motor with a large amount of data accumulation. It is proved that this method can effectively detect the internal delamination and debonding defects of the large-scale winding shell in the straight cylinder section. It is concluded that ultrasonic C-scanning technology can be used to detect and evaluate the internal quality of large-scale winding shell, which is beneficial to the design optimization and reliable use of large-scale winding shell.

penetration method；winding shell；internal quality

周娥（1989），碩士，儀器儀表工程專業(yè)；研究方向：無損檢測技術與應用研究。

2018-09-12