復(fù)合材料在飛機(jī)領(lǐng)域中材料損傷與適航評(píng)定的研究

馬賀

摘 要： 隨著材料技術(shù)在飛機(jī)領(lǐng)域中的不斷發(fā)展，飛機(jī)零件材料越來越重要，而復(fù)合材料在飛機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用也變得尤為突出，在飛機(jī)制造過程中，要分析飛機(jī)材料損傷機(jī)理，通過它來選取正確的材料，飛機(jī)制造完成之后還需要對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行試航評(píng)定，最終符合飛機(jī)加工性能。

關(guān)鍵詞： 復(fù)合材料；材料損傷；適航評(píng)定

1.復(fù)合材料

飛機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用的比較廣，復(fù)合材料是指材料中含有兩種或者以上的不同物理和不同化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)，它的性能要高于單一材料，飛機(jī)制造正是看中這點(diǎn)性能，一般飛機(jī)上所需要的材料都是特殊性能的，飛機(jī)機(jī)身上利用復(fù)合材料的位置如圖1.1。

飛機(jī)上最早應(yīng)用的復(fù)合材料是以碳纖維為主體的復(fù)合材料，主要是強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，與剛才相比較，這種材料應(yīng)用在飛機(jī)上，可以減少飛機(jī)質(zhì)量的20%-30%。

飛機(jī)復(fù)合材料還具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、疲勞性、耐腐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，在飛機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身上廣泛應(yīng)用，占全機(jī)結(jié)構(gòu)的50%以上，在飛機(jī)的設(shè)計(jì)上，復(fù)合材料不僅應(yīng)用在主體結(jié)構(gòu)上，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上也同樣應(yīng)用，噴管、高壓壓氣機(jī)等。

復(fù)合材料的性能如下：

（1）設(shè)計(jì)性強(qiáng)、因?yàn)閺?fù)合材料結(jié)合多種材料加工而成，它的性能結(jié)合了多種特性，所以在設(shè)計(jì)上容易；

（2）材料與結(jié)構(gòu)同一性，在復(fù)合材料加工時(shí)候，由于復(fù)合材料和材料同時(shí)加工，通過組成復(fù)合材料的材料形成結(jié)構(gòu)，所以它們是同一性；

（3）疲勞性好，因?yàn)閺?fù)合材料的塑性好，比較金屬，它的疲勞性能要好，同時(shí)出現(xiàn)裂紋時(shí)候，也不會(huì)擴(kuò)大；

（4）減震性好，復(fù)合材料有較高的自振頻率，還能吸收振動(dòng)。

2.材料損傷

飛機(jī)復(fù)合材料的損傷如圖2.1。

飛機(jī)機(jī)構(gòu)上應(yīng)用復(fù)合材料對(duì)飛機(jī)的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和以后的維修帶來了方便，但是由于它不是金屬材料，在今后的使用和工藝生產(chǎn)過程中，帶來了巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)在不同的材料復(fù)合一起，性能和材料膨脹系數(shù)也不同，同時(shí)在制造過程中還會(huì)出現(xiàn)氣孔、開裂、分層等缺陷，同時(shí)飛機(jī)復(fù)合材料在飛機(jī)裝配過程中還需要特殊裝配，因?yàn)樵谘b配過程中由于施工環(huán)境、撞擊等，會(huì)對(duì)復(fù)合材料造成損傷。

復(fù)合材料損傷形式主要有：

（1）表面損傷，這種損傷一般是出現(xiàn)在零件的表面，會(huì)出現(xiàn)例如劃痕、凹槽、凹點(diǎn)等，這種損傷最常見，同時(shí)這種損傷危害最小，它不會(huì)影響內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

（2）分層，這種損傷是復(fù)合材料層分離，一般分成兩層或以上，這種情況一般是結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)損傷，也可能有異物進(jìn)入復(fù)合材料層中；

（3）脫落，這種是材料本身粘連不好，在外力持續(xù)作用下，復(fù)合材料會(huì)出現(xiàn)脫落；

（4）芯子壓壞，這種損傷是材料在蒙皮外力的作用下，壓迫芯子導(dǎo)致的損傷，有蒙皮回彈性能好，所以這種損傷一般不容易發(fā)現(xiàn)；

（5）穿孔，這種損傷的危害最大，復(fù)合材料發(fā)生雙面破壞；

（6）裂紋、這種損傷是最嚴(yán)重的，出現(xiàn)裂紋，表面復(fù)合材料已經(jīng)不能使用，需要進(jìn)行更換。

3.適航評(píng)定

飛機(jī)復(fù)合材料設(shè)計(jì)、加工、組裝完成之后，需要對(duì)其進(jìn)行適航評(píng)定，要對(duì)主要零件進(jìn)行測(cè)試、評(píng)估，分析如何造成損傷，然后進(jìn)行替換，對(duì)次要零件分析是否能影響飛機(jī)性能。

對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行損傷評(píng)估，要通過部件的類型、損傷的形式、損傷的程度、帶來的后果等方面進(jìn)行評(píng)估，有些零件會(huì)出現(xiàn)多處損傷，要分析可接受的損傷距離，如圖3.1。

分析完成之后，有些復(fù)合材料是可以進(jìn)行修復(fù)的，修復(fù)的要求是不要改變材料的性能，不要新增其他損傷，不要破壞保護(hù)層。

結(jié)論

復(fù)合材料在飛機(jī)中的應(yīng)用，由于材料的異性不同，它的損傷、失效的形式也會(huì)不同，在飛機(jī)應(yīng)用復(fù)合材料中，要知道常見的斷裂和疲勞的形式，同時(shí)避免材料的先天缺陷，通過正確的檢測(cè)方法和檢測(cè)設(shè)備，將正確的優(yōu)越的材料應(yīng)用在最合適的位置，提高飛機(jī)使用性能和增加安全系數(shù)。

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