通用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷維修技術(shù)

王宇燦

摘要：隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，先進(jìn)復(fù)合材料所占的比重也變得越來越大?，F(xiàn)階段，我國對(duì)于大型民用飛機(jī)等的研制已經(jīng)變得越來越深入，這就致使復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用變得更加普遍。通過對(duì)現(xiàn)有的維修任務(wù)進(jìn)行分析我們可以看出，現(xiàn)在的飛機(jī)結(jié)構(gòu)都是十分復(fù)雜，這就導(dǎo)致維修任務(wù)變得格外繁重，由此我們可以推斷出，將來的復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)的維修任務(wù)會(huì)變得越來越艱難。目前對(duì)于復(fù)合材料的技術(shù)研究，最為重要的方向之一就是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的維修與評(píng)估技術(shù)，在本篇論文中，我們主要對(duì)通用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷的維修技術(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)奶接憽?/p>

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；結(jié)構(gòu)；生產(chǎn)；維護(hù)；維修技術(shù)

一、引言

一般來說，復(fù)合材料具有的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)，即：比剛度較高、比強(qiáng)度較大等等，也正是因?yàn)檫@樣的優(yōu)勢(shì)，復(fù)合材料在飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用變得越來越廣泛。但是由于復(fù)合材料的抗沖擊阻抗等性能都比較低，所以在進(jìn)行生產(chǎn)或者維護(hù)的時(shí)候，就會(huì)造成結(jié)構(gòu)缺陷和損傷的現(xiàn)象出現(xiàn)，而且這樣的現(xiàn)象也是無法避免的，只有在第一時(shí)間進(jìn)行修理，那么生產(chǎn)中部件的報(bào)廢率才能在一定程度上降低。另外，要想有效的保障安全并且降低復(fù)合材料的使用成本，那么就必須提高部件使用的完好率?，F(xiàn)在為止，在處理有關(guān)維修問題的時(shí)候，國外都可以直接通過查詢修理手冊(cè)來進(jìn)行問題的解決，所以現(xiàn)在的研究方向必須是高速、有效的完成結(jié)構(gòu)修理，由此我們可以看出，復(fù)合材料部件維修技術(shù)是十分重要的。

二、復(fù)材結(jié)構(gòu)的缺陷和損傷形式

根據(jù)損傷產(chǎn)生的原因來看，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)損傷主要分為以下幾種類型：制造缺陷、使用損傷等等。通常情況下，機(jī)械損傷或者非機(jī)械損傷就是制造缺陷中主要包括的內(nèi)容，一般在機(jī)械加工過程中對(duì)制件表面造成劃痕、擦傷就是機(jī)械損傷，而與機(jī)械損傷不同的是，在鋪貼的過程中導(dǎo)致制件內(nèi)部產(chǎn)生過多的孔隙，就是非機(jī)械損傷出現(xiàn)的主要原因。其次，在飛機(jī)行駛過程中出現(xiàn)鳥撞、碎片沖擊等等就是沖擊損傷包括的內(nèi)容。

三、復(fù)合材料修理方法

一旦出現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)缺陷的情況出現(xiàn)，那么我們就必須采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，常見的修補(bǔ)方法主要有貼補(bǔ)法、挖補(bǔ)法等等。但如果從連接形式上進(jìn)行劃分的話，那么修補(bǔ)方法就可以分為機(jī)械連接修理以及膠接修理。在進(jìn)行修補(bǔ)的過程中，我們必須對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修補(bǔ)之后的性能進(jìn)行綜合的考慮。一般情況下，空客以及波音的飛機(jī)公司最常采用的修補(bǔ)方法都是貼補(bǔ)法、挖補(bǔ)法等，對(duì)于那些承傳載較為重要的部分，在采用相關(guān)修補(bǔ)方法的時(shí)候，我們?cè)谄浠A(chǔ)上對(duì)局部加上機(jī)械螺栓，這樣一來，緊固連接就能完美的實(shí)現(xiàn)。

（一）膠接修理

與機(jī)械修理相比，結(jié)構(gòu)增重較小、修理時(shí)間較短、效率高等就是膠接修理的主要優(yōu)勢(shì)，具體的修理方法主要包括貼補(bǔ)法以及挖補(bǔ)法等。

1、貼補(bǔ)法

在采用貼補(bǔ)法這種維修方法時(shí)，主要的內(nèi)容就是將修補(bǔ)的材料以貼片的形式貼在結(jié)構(gòu)上面，以此幫助其強(qiáng)度以及剛度的恢復(fù)。通常復(fù)合材料以及金屬材料都屬于貼片材料所包含的范圍內(nèi)，但如果在進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)時(shí)，那么就只能采用金屬材料，另外，修補(bǔ)金屬結(jié)構(gòu)的同時(shí)不能采用復(fù)合材料。貼片形式一般屬于固化好的層合板，但除此之外，它也是未固化的預(yù)浸料，可以與修補(bǔ)結(jié)構(gòu)一起完成共固化?，F(xiàn)階段，一些曲率較小而且對(duì)氣動(dòng)表面要求不是很高的零部件在進(jìn)行修理時(shí)，就可以采取貼補(bǔ)法。由于貼補(bǔ)法的補(bǔ)片制作起來十分的簡單，并且在施工的過程中十分的方便，這就使得它的應(yīng)用范圍變得越來越廣泛。但是有一點(diǎn)需要注意的是，為了避免修補(bǔ)失效等問題的出現(xiàn)，在進(jìn)行修補(bǔ)的過程中，補(bǔ)片的端部必須與修理結(jié)構(gòu)的貼合角度保持一致，這樣一來，修補(bǔ)失效問題的出現(xiàn)率就會(huì)大大降低。

2、挖補(bǔ)法

當(dāng)破損結(jié)構(gòu)想要進(jìn)行清除的時(shí)候，那么就可以采用挖補(bǔ)法。把破損的結(jié)構(gòu)清除完畢之后，之后才可以采用新材料進(jìn)行修補(bǔ)。而新材料填補(bǔ)又可以分為斜接法以及階梯法，一般這兩種方法的效果都是差不多的。與貼補(bǔ)法進(jìn)行比較我們可以發(fā)現(xiàn)，這種方法的適用性更為廣泛，而且效果也比較明顯，但是工藝卻十分復(fù)雜，不管是對(duì)設(shè)備的要求還是人員的要求都非常的高。

要想將破損結(jié)構(gòu)的某一角度挖成傾斜的表面，那么就可以使用斜接法，當(dāng)破損結(jié)構(gòu)的某個(gè)角度挖成傾斜表面之后，那么就可以在斜面上進(jìn)行新材料的填補(bǔ)，這就是斜接法當(dāng)中的主要內(nèi)容。在使用斜接法的過程中，最好選用厚度較大的層壓板修補(bǔ)，這樣在進(jìn)行斜挖角度的時(shí)候就不會(huì)出現(xiàn)問題，同時(shí)膠接面的分布也會(huì)變得十分均勻，這樣一來應(yīng)力集中的問題就不會(huì)出現(xiàn)。由此我們可以看出，這樣修補(bǔ)方法的效果非常的優(yōu)良，而且修補(bǔ)完成之后，結(jié)構(gòu)表面也會(huì)變得非常的光滑。但是該方法也存在一定的不足，那就是修補(bǔ)施工較為困難，如果需要外場(chǎng)快速維修的時(shí)候，這種方法就無法滿足相應(yīng)的要求。

將結(jié)構(gòu)破損部位當(dāng)中的某一階段進(jìn)行加工，使其成為階梯狀，之后再進(jìn)行新材料的填補(bǔ)，這就是階梯法的主要內(nèi)容。但是與前幾個(gè)方法相比，這種方法的斜接法難度系數(shù)較大，而且對(duì)工藝要求非常的高，要想順利完成，那么就必須借助專業(yè)的工具。雖然該方法操作起來比較困難，可是修補(bǔ)完成之后，結(jié)構(gòu)性能會(huì)變得更好。在采用階梯法這種維修方法的時(shí)候，有一點(diǎn)必須注意的是，臺(tái)階的寬度需要進(jìn)行較為精準(zhǔn)的控制，這一點(diǎn)也是階梯法的關(guān)鍵，所以在進(jìn)行修理的時(shí)候，往往都是從最上面的一層開始，并且以12.5mm的寬度作為臺(tái)階，從上開始修理，一直到最下面的那一層，當(dāng)最內(nèi)層的損傷鋪層完成之后，修理工作也就完成了。

3、注射樹脂法

通常在修理復(fù)合材料小面積的脫膠以及分層的時(shí)候，我們就可以采用注射樹脂法。但是這種方法能否奏效，主要取決于缺陷是在制造過程中產(chǎn)生的還是使用過程中出現(xiàn)的損傷。如果是由于局部膠接壓力不夠造成的缺陷，那么就必須去除其表面的污染層，這樣才能在一定程度上保障膠接的強(qiáng)度。如果污染的是內(nèi)表面，修理起來就會(huì)非常的困難，而且修理之后的結(jié)果也不會(huì)十分的理想。但是與上述內(nèi)容不同的是，如果損傷是在使用過程中造成的，其表面還沒有受到相應(yīng)的污染，也沒有吸收水分，那么膠接就可以有效的進(jìn)行?？墒沁@種方法需要在結(jié)構(gòu)上對(duì)注膠孔以及出膠孔進(jìn)行合理的布置，空的深度必須達(dá)到缺陷所在的位置，這樣一來才可以保障樹脂成功注射到孔隙當(dāng)中。但是采用這種方法有一個(gè)好處，那就是不用對(duì)材料進(jìn)行去除，只要在分層區(qū)與注入樹脂，讓樹脂和纖維固化粘合就可以了。

（二）機(jī)械連接修理

一般來說，利用緊固件將補(bǔ)片和被修理的結(jié)構(gòu)采用螺釘連接在一起的方法就是機(jī)械連接修理的主要內(nèi)容。通過適當(dāng)?shù)姆治鑫覀兛梢钥闯?，這種修理方法操作起來十分的簡單，而且不需要應(yīng)用那些輔助的溫控設(shè)備，所以在進(jìn)行外場(chǎng)飛機(jī)修理的時(shí)候，我們通常采用的都是這種方法。

雖然復(fù)合材料的機(jī)械連接修理的工藝非常的簡單，但是修理過程中卻會(huì)出現(xiàn)很多的問題，比如：金屬連接件會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的主體、引起應(yīng)力集中現(xiàn)象等等。嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致連接件和復(fù)合材料之間配合控制的損傷，從而引起增重效應(yīng)。

結(jié)束語：

綜上所述我們可以看出，現(xiàn)階段我國設(shè)計(jì)出來并且投入使用的通用飛機(jī)已經(jīng)多達(dá)數(shù)百輛，其中絕大多數(shù)的飛機(jī)型號(hào)采用的結(jié)構(gòu)都是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。而且隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國低空空域也漸漸開放，這樣一來，通用飛機(jī)的市場(chǎng)就會(huì)變得越來越廣闊，這就會(huì)在一定程度上增加通用飛機(jī)的數(shù)量，同時(shí)復(fù)合材料的用量也會(huì)不斷上升。通常情況下，復(fù)合材料的檢測(cè)與修理技術(shù)與通用飛機(jī)的成本制造和持續(xù)安全有著十分緊密的聯(lián)系，只有加強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修理，那么通用飛機(jī)的持續(xù)安全才能得到保障，從而提升其核心支撐技術(shù)，加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭力。

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