飛機復合材料修理技術研究

王澤南

摘 要：復合材料在飛機領域的應用范圍越來越廣泛，在制造和使用過程中出現(xiàn)了各種結構缺陷和損傷，因此對復合材料的修理和維護成為重要的研究領域。對飛機復合材料的合理維修可以有效降低成本，提高飛機的安全系數(shù)。主要對復合材料在飛機領域的應用進行了介紹，總結了常見的復合材料維修方法。

關鍵詞：復合材料;維修;應用

一、復合材料的結構構成

該機型所使用的復合材料是由玻璃纖維或由環(huán)氧樹脂基體（樹脂）制成的碳布組成的。環(huán)氧樹脂基體可以保護纖維，并轉移分布在纖維上的載荷。環(huán)氧樹脂是一種熱固性材料，一旦其形狀成型，將不再改變。纖維具有抗拉強度高的特點，但其抗壓和彎曲強度較低;環(huán)氧樹脂基體具有較高的抗壓強度和剪切強度。其中，固體壓板（層壓板）結構是由一個或多個纖維布和環(huán)氧樹脂基體鋪層組成的;二級膠接是用膠粘劑將預固化的復合材料零件固定的結構連接;夾層結構是由兩個包圍著閉孔泡沫芯的層壓板組成的。

二、飛機復合材料的維修技術

2.1飛機復合材料的維修準則在飛機復合材料的維修中，需要滿足以下幾點

要求：

1）滿足飛機的載荷和強度要求;

2）滿足結構的剛性要求;

3）滿足耐久性要求;

4）滿足氣動光滑性要求;

5）修理后增重效應小;

6）修理的時間短、成本低。

2.2飛機復合材料修理方法

在飛機復合材料的修理方法中，主要包括了貼補法、挖補法、注膠法、機械連接法等方法。按照連接形式劃分，可以分為機械連接修理和膠接修理兩種。

（一）膠接修理

膠接修理是飛機復合材料最為常見的修理方法，在飛機復合材料中主要采用的結構形式是層合板和復合材料蜂窩夾芯結構。在復合材料蜂窩夾芯結構的修理中主要是層合板和芯材的修理兩個方面。在復合材料修理的分類中，可以根據(jù)補片與原結構的位置分為貼補修理和挖補修理。

（1）貼補修理

在貼補修理中主要是在損傷結構的外表面膠黏固定補片的修理方式，通過貼補修理可以恢復損傷構件的結構強度和剛度。首先將損傷區(qū)域的結構清除，打磨成圓孔，也可以根據(jù)實際需求打磨成任意形狀。在單面補片修理適合訪問空間受限的結構，但是會導致載荷偏心，造成應力集中點。為雙面補片貼補修理示意圖，在修理訪問空間較大的情況適用，可以減小或消除單面補片貼補修理造成的偏心載荷。補片通常制作成圓形，可以選用與原結構材料相同的預浸料或者預先固化好的復合材料層合板，甚至選用金屬材料板等。從設計角度上講，補片貼補修理

的設計參數(shù)主要包括補片大小、補片厚度、補片的鋪層順序以及膠層的設計。貼補修理方法具有操作簡單、施工方便的優(yōu)點，缺點是在補片周圍的剝離應力較高，對外界的氣動外形具有一定的干擾。在實際修理中，需要對補片的邊緣進行削薄處理，一方面可以降低剝離應力，另一方面可以減少氣動擾動。貼補修理一般作為復合材料主承力結構的臨時修理方法，或用于載荷較小和相對較薄的復合材料結構的永久修理方法。

（2）挖補修理

瓦片修補的方法可以保持原有的結構外形，修補之后的結構在膠接面上的應力分布較為均勻，適合對于較厚的復合材料板材的修復工作。修理過程首先對修理部位的損傷處進行打磨，去除多余的材料，然后用補片進行填充，通常采用階梯或者斜坡形狀以增加受力面積，因此可以將挖補分為兩種斜面挖補修理和階梯挖補修理。挖補法相比于貼補法不存在載荷偏心的問題，而且層間的剝離應力較小，適用于較為厚的層合板的損傷修理，可以得到較為光滑的表面，對于飛機的氣動性能影響小。在對于氣動性能要求較高的構件，如發(fā)動機短倉、吊掛和機翼前緣等部位必須采用挖補法進行修理。

（3）搭接挖補修理法

搭接挖補修理法是通過膠接的方式將兩塊完全分離的復合材料連接在一起，區(qū)別于搭接法的方面是該方法將復合材料補片填充與兩塊木板之間，可以保證修補處的厚度與原來相近。根據(jù)搭接部位的形狀可以分為斜面形搭接挖補和階梯形搭接挖補。搭接挖補修理構型試件可以用于補片挖補修理構型的基礎研究，特別是膠層破壞特性的研究。

（二）機械連接修理

機械連接修理指通過緊固件，將補片和被修理構件通過機械方式連接在一起的修復方式。主要采用的機械連接方式有螺釘和鉚釘?shù)确绞?，該方式操作簡單不需要輔助設備，適合于外場飛機修理。機械連接修理技術具有操作簡單、可靠性高、傳遞載荷大、抗剝離性能好等優(yōu)點。缺點是通常需要在被修理構件上進行鉆孔操作，使得構件的整體強度有所下降，容易產生應力集中的點。因此該方法適用于對于氣動性能要求較低的復合材料構件，在復合材料的修理中提倡采用鉚釘連接避免采用螺釘方式。在使用鉚接方式中，需要考慮復合材料的層間強度和抗沖擊性能問題，安裝中宜采用壓鉚。為了提高復合材料局部強度，在鉚接墩頭下放置墊片，可減少殘余壓力，改善接頭性能。在機械修理中需要注意一下幾點問題：

1）補片的材料、厚度和形狀;

2）緊固件的材料、種類;

3）緊固件的位置排列;

4）正確的制空工藝;

5）鉆孔位置對于構件性能的影響;

6）緊固件的裝配和密封。

（三）注射樹脂法

注射樹脂法適用于飛機復合材料出現(xiàn)的脫膠和分層缺陷，使用過程中要根據(jù)具體的缺陷來源。由于局部膠接壓力不夠或者表面污染造成的缺陷，需要對表面的污漬去除后方可得到可靠的膠接效果。如果使用中造成損傷，而且表面未收到污染的情況下，膠接效果較好。該方法需要設置注膠孔和出膠孔，鉆孔深度需要達到缺陷深度。適用于孔邊分層和結構邊緣的分層、氣泡脫膠等缺陷的修復。其工藝流程：1）在缺陷處上下打孔;2）從下方鉆孔注膠直到上方鉆孔膠溢出;3）用膠帶封住兩個鉆孔并加溫;4）待膠固化后去掉膠帶，打磨平整。

（四）填充與灌注修理

該方法是將修補填料填充或者灌注到缺陷區(qū)域對其性能進行恢復的修理方法，主要用于蜂窩結構的修補。當蜂窩夾板層的載荷較小時，該方式可以對表板進行穩(wěn)定和密封損傷區(qū)域，放置損傷的繼續(xù)擴散。

結語

本文介紹了某機型復合材料的構造方法，針對該復合材料的特性，對復合材料的損傷區(qū)域、等級的判定方法進行了介紹，并闡述了該復合材料的修理程序及方法，對該類型及類似結構的復合材料修理具有一定的實用價值。

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