2022年12月，一架美国空军B-2“幽灵”隐身轰炸机在密苏里州怀特曼空军基地着陆时发生事故，导致飞机受损并一度停飞。此后，美军用了数年时间对机体进行维修，并从另一架测试机上拆卸部分复合材料结构用于更换，直到2025年才恢复飞行。相比传统金属飞机，复合材料飞机虽然更轻、更强，却往往有一个容易被忽视的特点——有些损伤藏在材料内部，外表几乎看不出来，却可能影响结构安全。

B-2“幽灵”隐身轰炸机（来源：U.S. Air Force/Wikimedia Commons）

  如今，从隐身战斗机、无人机到军舰桅杆、导弹外壳，越来越多的武器装备开始采用复合材料。这类材料不是单一材料，而是将高性能纤维和树脂等材料组合在一起，既保持较高强度，又能减轻重量，因此成为现代装备实现轻量化的重要途径。

  不过，复合材料和钢铁有着完全不同的“受伤方式”。

  如果一块钢板受到撞击，人们通常能够看到凹坑、裂纹甚至变形。但复合材料受到冲击时，外表可能几乎没有变化，内部却已经出现分层、纤维断裂或基体开裂等损伤，就像人体受到撞击后，皮肤看起来完好，肌肉或骨骼却已经受伤，因此工程人员形象地把这种情况称为“内伤”。

复合材料层合板冲击损伤失效形貌（来源：郑凯东，《含冲击损伤厚/薄层混杂复合材料的压缩力学行为》，复合材料学报）

  为什么会出现这种现象？

  复合材料通常由多层纤维材料一层层铺叠而成，中间再用树脂粘接固化。当工具掉落、飞鸟撞击或者高速破片击中材料表面时，冲击能量会沿着不同纤维层向内部传播。表层可能只留下一个不起眼的“小白点”，而内部层与层之间却已经发生分离，部分纤维甚至已经断裂。由于这些损伤藏在材料内部，肉眼很难发现，因此又被称为“隐蔽损伤”。

  更重要的是，这种损伤并不会立即导致结构失效，却可能让材料承载能力明显下降。如果继续承受飞行、起降或高机动载荷，原本很小的内部损伤还有可能逐渐扩展，最终影响整个结构的安全。

  既然看不见，维修人员又是怎样发现这些“内伤”的？答案是无损检测。

  所谓无损检测，就是在不拆解、不破坏材料的情况下，利用各种技术检查内部是否存在缺陷。其中，超声C扫描是目前应用最广泛的方法，它利用超声波穿过材料后的变化，能够清晰显示分层的位置和范围；X射线则适合发现裂纹、孔洞等缺陷；近年来，一些新型检测技术还结合红外热成像、激光超声等方法，提高了复杂结构的检测效率。

美军F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机3D打印复合材料修补测试（来源：U.S. Navy/U.S. Department of Defense Open Imagery Library）

　　早在20世纪70年代，美国海军航空系统司令部就开始系统研究复合材料无损检测技术，并针对不同损伤建立了相应检测方法。如今，美国军用航空装备结构完整性标准MIL-STD-1530已将复合材料损伤检测和损伤容限管理纳入全寿命保障体系。

  随着复合材料在各国军队中的应用越来越广，如何及时发现和修复“内伤”已经成为装备保障的重要课题。美国空军、英国皇家空军等北约国家不仅建立了完善的复合材料检测规范，还积极应用自动超声检测、数字化维修和结构健康监测技术，对飞机、舰艇和无人装备进行状态评估，尽量做到早发现、早处置，减少小损伤演变成大故障的风险。

  未来，复合材料保障正向智能化方向发展。科研人员正在探索把光纤传感器、压电传感器等微型器件直接嵌入复合材料内部，实现对受力、裂纹和损伤的实时监测；与此同时，具有自修复能力的新型复合材料也在不断取得进展，一些材料在出现微小裂纹后能够自动修补，进一步提高装备可靠性。随着新材料和智能检测技术不断发展，未来的复合材料不仅会越来越轻、越来越强，也将变得更加“聪明”，能够主动告诉维修人员自己是否已经“受伤”。

  （作者：於浩泉，国防科技大学前沿交叉学科学院；周宇宽，海军工程大学动力工程学院）