直升機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理方法與驗(yàn)證技術(shù)的思考

裴煜彤，趙 帥

（66350部隊(duì)，河北 保定 071000）

在直升機(jī)制造中應(yīng)用復(fù)合材料，能夠有效降低直升機(jī)的質(zhì)量，從而提升直升機(jī)的性能。但在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)損傷，有些損傷難以避免，需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行損傷處理，避免損傷進(jìn)一步擴(kuò)大，保證航空裝備的安全性和可靠性。因此，對(duì)于直升機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理方法與驗(yàn)證技術(shù)的分析是很有必要的。

1 直升機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理方法

通常而言，直升機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修理有以下4種方法。

1.1 膠接修理法

該方法分為挖補(bǔ)法、貼補(bǔ)法以及注射法。其中，挖補(bǔ)法能夠修理?yè)p傷嚴(yán)重、面積較大的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，還能夠修理曲率比較大或?qū)鈩?dòng)外形有較高要求的結(jié)構(gòu)表面損傷，挖補(bǔ)法應(yīng)用的修理材料大都為預(yù)浸料，主要用于修理半穿透性或者含有穿透性損傷的具有一定厚度的構(gòu)件；貼補(bǔ)法主要用于修理?yè)p傷較小且曲率比較小或者平面的結(jié)構(gòu)，比如2～3 mm厚的面板或者層壓板等復(fù)合材料結(jié)構(gòu)；注射法主要用于修理層板以及孔邊分層的氣泡、較小的剝離或者脫膠等損傷。

1.2 機(jī)械連接法

該方法主要分為螺接法和鉚接法。其中，螺接法能夠修理較為嚴(yán)重、范圍較大的損傷，通常用于修理9～24 mm厚層壓板，螺接法使用的補(bǔ)片材料大都為復(fù)合材料板以及金屬材料，比如預(yù)固化復(fù)合材料層壓板、鈦板以及鋁板等材料，該方法并沒(méi)有要求修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)外形；鉚接法主要用來(lái)處理層壓板的內(nèi)部，該方法也沒(méi)有要求修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)外形。

1.3 填充及灌注法

該方法主要用于復(fù)合材料表面出現(xiàn)劃痕與較小的凹陷、部分蜂窩夾層出現(xiàn)損傷、孔的尺寸較大或者蒙皮鉆孔錯(cuò)位。

1.4 微波修理法

該方法主要用于外場(chǎng)快速修復(fù)，能夠快速、高效地修復(fù)損傷較小的部位。

2 直升機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理的驗(yàn)證技術(shù)

2.1 直升機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷分析

筆者將出現(xiàn)損傷的某型直升機(jī)作為研究對(duì)象，分析其復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理的驗(yàn)證技術(shù)。通過(guò)無(wú)損檢查以及目視發(fā)現(xiàn)，該型直升機(jī)的機(jī)身的某一外掛測(cè)點(diǎn)的鑲嵌件存在滲油現(xiàn)象，應(yīng)用敲擊檢查、內(nèi)窺鏡以及超聲波檢查方法發(fā)現(xiàn)，該滲漏部位的結(jié)構(gòu)呈蜂窩夾層結(jié)構(gòu)形式。為了進(jìn)一步了解該型直升機(jī)的損傷狀況，筆者將鑲嵌件的附近填料以及外面板去除之后發(fā)現(xiàn)，填料范圍外的蜂窩狀況完好，且蜂窩區(qū)不存在浸潤(rùn)痕跡以及油漬。由此分析得出，該型直升機(jī)的結(jié)構(gòu)損傷原因?yàn)椋涸谶M(jìn)行鑲嵌件的預(yù)埋時(shí)，預(yù)埋部位的內(nèi)部對(duì)接縫的密封程度不足，導(dǎo)致工藝質(zhì)量較差，同時(shí)，技術(shù)人員在進(jìn)行裝拆設(shè)備時(shí)，由于用力過(guò)大，使得填料部位出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致燃油滲漏。

2.2 直升機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷的修理

通過(guò)對(duì)該直升機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷的分析，筆者根據(jù)修理原則和修理要求，采用膠接修理法中的挖補(bǔ)法，挖補(bǔ)修理法主要用于修理半穿透性損傷以及含穿透性損傷的具有一定厚度的構(gòu)件。在修理的過(guò)程中，需要將一部分母體材料去除掉，以此形成臺(tái)階面或者斜面，維持復(fù)合材料原本的結(jié)構(gòu)硬度以及氣動(dòng)外形，修理效果較為理想。修理過(guò)程中應(yīng)用的預(yù)浸料主要是在碳纖維布表面進(jìn)行常溫結(jié)構(gòu)膠EA9309.3的涂刷制作而成；鋪層是將鑲嵌件的螺紋孔作為中心，將母體材料刮除一部分，再依次鋪貼4層預(yù)浸料，每層預(yù)浸料的半徑需要遞增10～15 mm。與此同時(shí)，為了保障修理的效果，需要在鑲嵌件修理部位安裝抽真空系統(tǒng)，通過(guò)與特制工裝的配合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)修理部位的加壓。具體的修理步驟如下：①清理修理部位，使用三氯甲烷或者丙酮進(jìn)行鑲嵌件附近滲油修理部位的清洗；②去除外面板以及填料，將鑲嵌件滲油部位的外表面進(jìn)行打磨，確保鋪層不存在裂紋，周邊呈光滑平整狀，在保證內(nèi)表面鋪層完好的情況下，將鑲嵌件附近的填料與蜂窩進(jìn)行刮除；③填充新填料，使用新填料將鑲嵌件附近填補(bǔ)充實(shí)，并進(jìn)行30 d的滲油試驗(yàn)；④在75～85℃的范圍內(nèi)，使用紅外燈進(jìn)行修理部位的加溫固化，等到固化完成之后，通過(guò)自然降溫方式使修理部位的溫度降到室溫，再將抽真空系統(tǒng)以及特制工裝拆除；⑤進(jìn)一步精加工修理部位，保障修理部位不存在損傷之后，噴漆交付使用。

2.3 直升機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證

2.3.1 拉伸試驗(yàn)

使用夾具和支持四邊固定，對(duì)試驗(yàn)件施加法向拉伸載荷，試驗(yàn)的結(jié)果顯示：試驗(yàn)件的使用載荷為2.36 N，試驗(yàn)件的破壞載荷為5.68 N。

2.3.2 剪切試驗(yàn)

將試驗(yàn)件的一邊夾持，并在試驗(yàn)件的單側(cè)施加垂直于夾持邊方向的載荷，試驗(yàn)的結(jié)果顯示：試驗(yàn)件的使用載荷為1.39 N，試驗(yàn)件的破壞載荷為7.59 N。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)件的使用載荷遠(yuǎn)小于試驗(yàn)件的破壞載荷，表明修理完成的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具備較強(qiáng)的承載能力，滿(mǎn)足最大掛載載荷為25 kg的要求。另外，為了明確該修理方法是否能夠解決鑲嵌件存在的滲油問(wèn)題，在修理時(shí)新填料填好之后，筆者將中機(jī)身箱進(jìn)行了注油，注油30 d后，原本鑲嵌件的滲油部位和周邊蜂窩區(qū)均不存在滲油現(xiàn)象。由此可以看出，通過(guò)新填料將滲油點(diǎn)進(jìn)行填補(bǔ)，能夠有效避免鑲嵌件出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，復(fù)合材料出現(xiàn)的缺陷或損傷非常復(fù)雜，需要采用科學(xué)、合理的方法修理。分析可得，通過(guò)對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理的分析可知，各直升機(jī)使用單位需要認(rèn)識(shí)到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷的重要性，明確各種損傷修理方法的適用范圍與應(yīng)用流程，并在修理之前驗(yàn)證分析，保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理的有效性，促進(jìn)直升機(jī)的可持續(xù)發(fā)展。可以為各直升機(jī)使用單位進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修理提供幫助。

［1］李文輝，黃福貴.某型直升機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理［J］.直升機(jī)技術(shù)，2014（03）：56-59.

［2］陳光明，李五洲，王濤，等.直升機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件檢測(cè)與修理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.航空維修與工程，2013（05）：65-67.