多界面脱粘检测技术的研究

　　0 引言

　　固体火箭发动机凭借其机动性能好、可靠、易于维护等优点, 成为当今各种导弹武器的主要动力装置, 航空航天领域也有相当广泛应用[1]。固体火箭发动机, 其装药采用壳体/绝热层/衬层/推进剂的多界面结构形式[2]。发动机壳体与绝热层、绝热层与衬层、衬层与推进剂各粘接面间的脱粘, 直接影响火箭、导弹的发射安全和发动机的工作性能。界面脱粘会引起推进剂碎裂、燃面急剧增加, 导致燃烧室压力失控、发动机壳体烧穿等,很容易引起发动机爆炸的灾难性后果[3]。

　　目前为止, 火箭发动机的粘接检测主要采用超声检测、X射线检测、X射线CT检测等。常用的超声脉冲检测方法仅用于第一界面的脱粘检测, 对于更深界面的脱粘检测(如第二界面、第三界面等)则无能为力[4]。

　　利用超声检测信号中的包络、透声窗等特性参数能对多界面脱粘实施有效的检测, 但脱粘面积检测分辨率较大[5]。X射线检测和CT检测方法对于剥离厚度小于0.1mm的脱粘检测比较困难[6]。本文以图1壳体构件为研究对象, 提出了能够检测壳体构件的多界面脱粘的“横波检测技术”原理, 对构件的壳体/绝热层、绝热层/衬层、衬层/推进剂三个界面的试件进行了实际检测, 并给出了脱粘检测结果。

　　1 横波检测技术

　　横波检测技术是一种常用的超声检测技术。本文采用一发一收的两个斜探头, 在探头有效面积足够小、壳体足够厚的情况下, 可使超声回波信号中不存在钢壳体中的多次反射回波, 见图2。发射探头发射的超声纵波以入射角α透射入壳体后形成透射波, 该声波到达壳体/第一层绝热层界面时, 一部分被反射形成壳体中的一次反射回波, 另一部分透射入第一层绝热层中; 到达第一层绝热层/第二层绝热层界面时, 一部分被反射并透射入壳体中形成绝热层/绝热层界面回波。如果探头有效面积较小, 且发射探头与接收探头的距离L适中, 则接收探头只能接收到壳体中的一次回波、二界面、三界面的回波, 这就避免了壳体中二次、三次回波的影响, 达到检测多界面脱粘的目的。

　　回波信号中去掉了壳体中多次反射回波后, 剩下的就是如何提高信噪比的问题。当发射探头的入射角α小于第一临界角时, 壳体中同时存在透射纵波和透射横波; 当发射探头的入射角α大于第一临界角而小于第二临界角时, 壳体中只存在透射横波。因横波是剪切波, 不能透过脱粘面而全部反射, 所以钢壳体中只存在透射横波时检测效果较好; 发射探头入射角α应在27.6°<α<57.8°为佳。为了更好的体现各界面粘接处脱粘与好粘的区别, 采用了聚焦探头, 此时需要根据构件的情况调整合适的聚焦。