航空復(fù)合材料的損傷與維修

曹景斌

摘 要：復(fù)合材料（Composite Material，CM）是一種新型材料。這種材料通常具備兩種及以上的組分，是采用先進(jìn)技術(shù)制備出來(lái)的?，F(xiàn)階段，復(fù)合材料因其良好的性能，在航空領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增多。與此同時(shí)，這種材料的損傷現(xiàn)象也隨之增多。筆者分析了其出現(xiàn)損傷情況的原因，并且闡述了其損傷情況評(píng)估方法。針對(duì)這些損傷情況，筆者對(duì)復(fù)合材料的兩類維修方法進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：航空 復(fù)合材料 損傷與維修

中圖分類號(hào)：V263.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（c）-0014-02

復(fù)合材料由于含有多種組分，復(fù)合材料能夠表現(xiàn)出更為良好的性能。復(fù)合材料不但能夠彌補(bǔ)單一材料的不足和缺陷，并且通過(guò)單一材料的組合實(shí)現(xiàn)了綜合性能，突破了原有的約束和限制。復(fù)合材料通常具有更好的強(qiáng)度、剛度和抗疲勞性能。

1 復(fù)合材料的損傷原因分析

復(fù)合材料的損傷有多種類型?？傮w來(lái)說(shuō)，以其損傷影響飛機(jī)運(yùn)行性能的嚴(yán)重程度為劃分依據(jù)，損傷可以分為兩種類型：允許類和立即處理類。允許類是指這一損失對(duì)于飛機(jī)運(yùn)行性能的影響比較輕微，可以不在當(dāng)時(shí)立即進(jìn)行處理。這一類的損傷往往不太嚴(yán)重，并且絕大多數(shù)位于飛機(jī)的非關(guān)鍵性位置。由沖擊造成的程度較小的損傷以及非關(guān)鍵部位的劃傷等都屬于這一類損傷。對(duì)于這一類的損傷，一般情況下可以通過(guò)維修進(jìn)行處理。立即處理類是指這一類損失對(duì)于飛機(jī)運(yùn)行性能的影響比較嚴(yán)重。在這種情況下，飛機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性會(huì)受到破壞。并且這種破壞效應(yīng)會(huì)逐漸擴(kuò)大。因此必須要在當(dāng)時(shí)立即進(jìn)行處理。對(duì)于這一類的損傷，維修人員需要進(jìn)行評(píng)估。如果維修所需的費(fèi)用較更換所需的費(fèi)用更高，或者損傷程度過(guò)于嚴(yán)重，維修人員就需要采用更換新零件的方式進(jìn)行處理。復(fù)合材料的損傷原因主要可以分為3個(gè)方面：第一方面原因是制造缺陷。這種損傷通常是由于復(fù)合材料本身導(dǎo)致的。在制備復(fù)合材料時(shí)，可能因技術(shù)不成熟、操作不當(dāng)?shù)雀鞣N因素造成所制備材料存在結(jié)構(gòu)或者性能上的缺陷。第二方面原因是使用和保養(yǎng)不當(dāng)。飛機(jī)在使用過(guò)程中，由于使用人員的操作不規(guī)范會(huì)增大飛機(jī)發(fā)生碰撞的概率。這種損傷主要發(fā)生在艙門(mén)、機(jī)身以及機(jī)翼等部位。在平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)中，由于維保人員工作不夠細(xì)致，可能會(huì)忽視某些已有的損傷。由于沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行維修，會(huì)導(dǎo)致這一損傷不斷加大，最終造成更為嚴(yán)重的問(wèn)題。第三方面原因是不利的環(huán)境因素。由于飛機(jī)在自然環(huán)境中使用，可能會(huì)遇到風(fēng)、雨、雷、電等各種惡劣天氣。這些環(huán)境因素都會(huì)給復(fù)合材料帶來(lái)不利的影響。從而留下?lián)p傷的安全隱患。此外，在陽(yáng)光下的暴曬也會(huì)造成復(fù)合材料的損傷。

2 復(fù)合材料的損傷情況評(píng)估

要想對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行恰當(dāng)?shù)男迯?fù)，維修人員首先應(yīng)當(dāng)對(duì)其損傷情況進(jìn)行有效的評(píng)估。這種評(píng)估主要包括以下兩個(gè)方面：一方面，維修人員應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確地判斷其存在位置。另一方面，維修人員應(yīng)當(dāng)恰當(dāng)?shù)卦u(píng)估其損傷程度。與此同時(shí)，對(duì)于損傷情況的評(píng)估，應(yīng)當(dāng)結(jié)合復(fù)合材料的性能、飛機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)等多種相關(guān)因素進(jìn)行。在這種情況下，損傷評(píng)估才能更加符合實(shí)際情況，才能更加真實(shí)地反映問(wèn)題的嚴(yán)重程度。通常情況下，采用目視檢查法就足以進(jìn)行完善的評(píng)估。例如裂紋、分層、脫膠等。維修人員通過(guò)觀察觸摸以及輕敲等方法，就能夠判斷損傷發(fā)生的位置、嚴(yán)重程度以及損傷面積。如果采用目視檢查法不能夠有效地判斷，維修人員可以進(jìn)一步采用儀器檢測(cè)法。這種方法需要使用先進(jìn)的設(shè)備和儀器。具體可以分為多種類型，例如超聲檢測(cè)、激光全息檢測(cè)等。對(duì)于目視法無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)的損傷，采用這些方法能夠得到較好的檢測(cè)效果。這些方法得到的檢測(cè)結(jié)果更為精準(zhǔn)、全面。從而能夠更加科學(xué)地量化復(fù)合材料損傷的狀態(tài)。對(duì)復(fù)合材料的損傷狀況進(jìn)行評(píng)估后，維修人員就能夠根據(jù)其特點(diǎn)和情況，選擇合適的技術(shù)或方案進(jìn)行維修。也就是說(shuō)，評(píng)估是維修的重要基礎(chǔ)和前提。評(píng)估不到位，則會(huì)導(dǎo)致維修技術(shù)或方案選擇不合理。進(jìn)而嚴(yán)重地影響到后期的維修效果。

3 復(fù)合材料的維修方法

3.1 膠接修理方法

膠接修理是一種新的維修工藝方法?，F(xiàn)階段，這種方法在飛機(jī)的維修工作中的應(yīng)用很廣。無(wú)論是非關(guān)鍵部位的復(fù)合材料的劃傷，還是關(guān)鍵部位的復(fù)合材料的沖擊損傷，采用這種方法都能夠獲得良好的修復(fù)結(jié)果。對(duì)于不需要使用補(bǔ)片的損傷部位的修復(fù)，將其稱為無(wú)補(bǔ)片式修理。這種方法操作比較簡(jiǎn)單。其在面積較小的脫膠、凹陷損傷中的應(yīng)用較多。修理人員可以直接在損傷位置進(jìn)行鉆孔。鉆孔的類型有透氣孔和注膠孔兩種。透氣孔的存在是為了避免損傷部位出現(xiàn)真空區(qū)域。如果在注膠孔中出現(xiàn)真空區(qū)域，則修理效果會(huì)大打折扣。注膠孔就是用于注入填充物的孔洞。維修人員采用壓力槍等工具，將填充物從注膠孔中注入。當(dāng)填充物填滿注膠孔和構(gòu)件內(nèi)部的空隙部位后，便會(huì)從透氣孔中溢出。此時(shí)，修理人員就可以對(duì)修理部位進(jìn)行加壓以及加熱處理。從而使填充物與修復(fù)結(jié)構(gòu)緊密地結(jié)合在一起。常用的填充物材料為纖維、樹(shù)脂等。對(duì)于復(fù)合材料的分層損傷情況，修理人員可以采用熔接修補(bǔ)（Weld Repair）的方法。對(duì)于需要使用補(bǔ)片的損傷部位的修復(fù)，將其稱為補(bǔ)片式修理。這種方法更多用于損傷較為嚴(yán)重的狀況。它的操作工藝較為復(fù)雜，要求修理人員具有一定的技能基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)厚度較小的層合板出現(xiàn)損傷時(shí)，修理人員就需要采用補(bǔ)片式修理方法。此時(shí)修理人員只需要在層合板的外部增加補(bǔ)片即可。而當(dāng)厚度較大的層壓板發(fā)生損失時(shí)，修理人員需要在其內(nèi)部增加補(bǔ)片。因此，其修理難度會(huì)相應(yīng)增加。總的來(lái)說(shuō)，膠接修理方法的應(yīng)用效果是比較好的。它能夠較好地避免應(yīng)力的產(chǎn)生。

3.2 鉚接修理方法

鉚接修理方法在實(shí)際修復(fù)中的使用頻率較低。通常情況下，只有當(dāng)膠接修理不滿足條件或者修理效果不理想的時(shí)候，修理人員才會(huì)考慮選擇這種修理方法。根據(jù)其修理的位置，這種方法可以劃分為兩種類型：嵌入鉚接和外部鉚接。嵌入鉚接方法是指將修補(bǔ)用的材料（補(bǔ)片）嵌入到損傷位置處。外部鉚接方法是指將修補(bǔ)用的材料（補(bǔ)片）貼附到損傷結(jié)構(gòu)表面上。然后都是采用鉚接的方式進(jìn)行連接。鉚接是一種機(jī)械連接方式。因此，這種方法會(huì)給結(jié)構(gòu)帶來(lái)較大的應(yīng)力集中問(wèn)題。此外，采用鉚接需要使用大量的緊固件。這會(huì)在一定程度上增加飛機(jī)的自重。所以這種方法并不是十分提倡使用的。只有當(dāng)構(gòu)件的厚度非常大，并且承受應(yīng)力較小的損傷位置，才會(huì)考慮使用這種方法。

4 結(jié)語(yǔ)

如今，復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用非常多。在大量應(yīng)用的同時(shí)也帶來(lái)了很多的損傷問(wèn)題。這些損傷多數(shù)是由于制造、使用、保養(yǎng)和環(huán)境因素造成的。對(duì)于復(fù)合材料的損傷，維修人員應(yīng)當(dāng)首先對(duì)其程度和損傷狀況進(jìn)行評(píng)估。然后采用合理的方式進(jìn)行修復(fù)。目前，復(fù)合材料的主要維修方法有兩種。但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，維修方法也在不斷創(chuàng)新。維修人員一方面應(yīng)當(dāng)積極學(xué)習(xí)先進(jìn)的修理技術(shù)，另一方面也要主動(dòng)進(jìn)行創(chuàng)新，尋找效果更好的修理方法。

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