無人機機體損傷搶修方法研究

無人機機體損傷因素

損傷因素可分為外部因素和內部因素。

外部因素包括兩種。一是物理因素，例如風力、氣壓、氣溫、地貌等自然環(huán)境因素，以及機械沖擊、碰撞等人為因素；二是化學因素，如化學污染物、氣體等物質與機體之間發(fā)生的化學反應。

內部因素包括三種。一是材料化學成分、物理性質、材料加工工藝等因素；二是不合理的設計、結構等因素；三是使用不當、維護不當、超負荷使用等因素。根據損傷特點、損傷因素，無人機使用單位應采取有針對性的措施預防無人機機體損傷，并及時維修損傷部件。

無人機機體損傷類型

無人機機體損傷可分為沖擊損傷、空中過載導致的損傷、振動過大造成的損傷等直接損傷，以及腐蝕造成的損傷、物理作用導致的損傷、鳥類撞擊導致的損傷等間接損傷。

直接損傷

1.沖擊損傷

這是一種常見的損傷，通常由機體與其他物體發(fā)生碰撞而引起。沖擊對無人機機體的影響較為復雜，可能導致機體部件變形、裂紋、斷裂等損傷，沖擊載荷對機體產生很大的力，從而影響機體的性能和安全性。機體損傷程度與沖擊形式、沖擊持續(xù)的時間、機體受到的沖擊力大小等因素有關。比如，無人機采用傘降方式降落時，不可控影響因素較多，并且降落具有隨機性，機身、機翼、尾翼等機體部件均可能受到沖擊而損傷。當無人機機體受到的沖擊載荷小于設計載荷時，不會出現(xiàn)嚴重的損傷，一般滑橇和機身蒙皮只有擦傷，外翼、尾撐頂端、環(huán)框受損，隔框、翼肋等部件發(fā)生局部變形、破裂等損傷。當無人機機體受到的沖擊力大于或等于設計沖擊力時，除了上述損傷外，機身大梁會開膠，甚至可能斷裂。

2.空中過載導致的損傷

技術人員設計無人機時，僅考慮大多數(shù)部件在一個很窄的加速力帶中工作。加速力帶是一個工作范圍，當無人機加速度在這個工作范圍內發(fā)生變化時，所有部件都可以正常工作，當加速度超出加速力帶時，一些部件就不能正常工作。過大的加速度會對部件產生很大的危害，造成無人機機械故障、振動隔離器特性變化、變形零部件功能異常等后果，并危害飛行安全。

3.振動過大造成的損傷

過大的振動可造成敏感電器、電子與機械器件等組件性能下降和功能異常，靜、動部件機械損傷，旋轉件過度磨損等。

間接損傷

間接損傷包括金屬材料腐蝕、復合材料退化等損傷。

1.金屬材料腐蝕

機體金屬部件長期暴露在潮濕或者酸性環(huán)境中會發(fā)生腐蝕，腐蝕會導致金屬部件結構強度和剛度下降，從而影響機體性能和安全性。

2.復合材料退化

復合材料相較金屬材料具有更好的力學性能和耐腐蝕性能，但也存在一些不足。受雨、雪、霜降、沙塵等天氣，日曬、潮濕環(huán)境、低溫環(huán)境、高溫環(huán)境等因素的影響，復合材料會發(fā)生退化，出現(xiàn)分層、脫膠、龜裂等損傷。

無人機損傷評估

無人機損傷評估是指對無人機損傷程度、維修所需時間、資源和維修工作、維修后的部件性能等要素做出評價。因此，損傷評估是搶修的前提和必要條件，也是搶修過程的一個重要環(huán)節(jié)。

損傷評估工作

無人機使用單位的評估員和工程師承擔無人機損傷評估。

1.評估員工作職責

根據損傷搶修技術規(guī)定，評估員根據無人機損傷搶修技術規(guī)定鑒定損傷程度，決定損傷部件是及時維修還是延遲維修，估算維修時間，按規(guī)定完成維修工作，對維修后的無人機部件性能進行評估，及時將評估結果向上級領導和工程師匯報等。

2.工程師工作職責

工程師主要對超出損傷搶修技術規(guī)定的損傷問題做出判斷和處理。

損傷評估流程

無人機損傷評估是一個復雜的決策過程，其基本程序和主要內容歸納如下。

1.信息收集，損傷原因查找

評估員首先應找到無人機部件發(fā)生損傷的原因，例如外部因素、內部因素等；第二，確定無人機任務所允許的維修時間；第三，評估人力、物力和技術條件等現(xiàn)有維修能力。

2.損傷檢測，損傷范圍確定

對于超出損傷搶修技術規(guī)定的機體損傷，工程師首先根據機體外觀損傷情況和有關信息，判斷損傷程度；然后有針對性地檢查和選用相應的手段對損傷進行檢測；最后記錄損傷情況，標記所有損傷部位。

損傷檢測方法

損傷評估主要采用目視檢測、按壓檢測和儀器檢測等方法。

目視檢測是最基本的損傷檢測方法，它能發(fā)現(xiàn)復合材料脫膠、裂紋、豁邊、凹坑等可見損傷部位。針對不同的環(huán)境條件，目視檢測的要求也不同，受視力局限性的影響，損傷檢測人員需要借助手電筒、放大鏡、反光鏡、內窺鏡等工具檢測損傷部件。

按壓檢測是檢測人員用手輕微地按壓損傷部位，通過觸感判斷部件的損傷程度。有時，目視檢測無法找到某些損壞部位，但按壓檢測卻能發(fā)現(xiàn)，彌補了目視檢測方法的局限性。

儀器檢測是檢測人員使用各種儀器設備對損傷部件進行測試、分析和評估的過程。儀器檢測可以幫助檢測人員更好地了解和掌握損傷情況。常用的儀器檢測設備包括無損檢測儀、質量檢測儀和分析儀器等。

無人機機體損傷搶修方法

無人機機體損傷搶修是指無人機機體受損后，機務人員采取應急措施對受損的機體進行維修，以盡快恢復無人機的正常運行。機體主要采用鋁合金和復合材料制成，復合材料部件損傷搶修主要包括樹脂注射法、填充和灌注法、膠接補強板法等方法；鋁合金部件損傷搶修主要有表面修復法、部件更換法等快速維修方法。

復合材料部件的結構特點

層壓板部件結構特點

層壓板由多層不同鋪設方向的碳纖維、玻璃纖維等纖維增強材料和環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂等基體材料交替疊加構成。每一層纖維鋪設方向與相鄰層不同，因此層壓板力學性能表現(xiàn)出明顯的各向異性。沿纖維方向的材料強度和剛度通常遠高于垂直于纖維方向的材料強度和剛度。相鄰兩層纖維通過基體材料相互黏結在一起，共同承擔載荷。層間的剪切強度和剝離強度直接影響整體結構的完整性。在多軸加載條件下，層壓板內部的應力分布可能非常復雜，并且不同層之間的應力可能存在顯著差異。

夾心結構部件結構特點

夾心結構復合材料由上下兩塊薄面板和黏結在兩塊面板中間的蜂窩夾層組成。面板材料可使用復合材料或木質材料。復合材料使用未預浸或預浸玻璃纖維布、預浸單向碳纖維布、芳綸有機纖維布等料材制成。木質材料包括層板、輕木等。

上下兩塊面板承受軸向彎曲和面內剪切載荷。蜂窩夾層具有抗彎性能強、質量輕等特點。當壓縮載荷作用于蜂窩夾層時，蜂窩壁面首先承受力，然后力通過蜂窩壁面?zhèn)鬟f至整個蜂窩夾層。

木質層板是一種由多層木材膠合而成的板材。相鄰層的木材纖維相互垂直，木質層板具有較好的結構穩(wěn)定性，不易變形，能夠承受較大的壓力和載荷。

復合材料部件損傷搶修要求

維修機組必須按照要求快速修復復合材料部件損傷。無人機復合材料部件損傷搶修一般應滿足五點要求。

一是部件經過維修后，其結構強度和剛度應盡可能恢復到使用條件下的設計許用值。

二是部件使用功能應得到恢復，或者使用功能的降低盡可能小。

三是部件經維修后，重量增加量應最小。被維修后的無人機舵面要滿足氣動平衡要求。

四是在維修過程中，維修人員不要過于增大損傷面積。

五是維修時間應盡可能短，維修工具、設備要最簡單，數(shù)量要少。

復合材料部件損傷搶修方法

樹脂注射法

樹脂注射法可修理復合材料部件由碰撞導致的小面積脫膠和分層。

首先，維修人員選用合適的無損檢測方法，確定分層開膠損傷的范圍，并用標記筆畫出損傷區(qū)域。

第二，用酒精清理分層開膠部位，在距分層內側邊緣5mm處，鉆出兩個通入分層的小孔。

第三，按照規(guī)定，在選用的環(huán)氧樹脂膠中加入固化劑，并將這兩種物料攪拌均勻。

第四，利用注射器或注膠槍從一個小孔向分層內部注射環(huán)氧樹脂膠，直到樹脂膠從另一個小孔流出為止。

第五，為防止注入到分層中的樹脂膠流出，當注膠完成后，維修人員用膠帶暫時密封小孔，并用夾具或采取抽真空的方法將修補部位進行加壓固化，待樹脂固化后，對部件進行打磨修飾。

樹脂注射法主要用于層壓板復合材料部件和夾心結構復合材料部件的小面積損傷維修。此方法不能完全恢復損傷前的材料強度，僅供臨時性維修使用。

填充和灌注法

維修人員向損傷區(qū)灌注填充物料，恢復或者部分恢復損傷部件的強度和外形的方法稱為填充和灌注法。此方法主要用于復合材料部件表面小凹坑和小孔洞修理。

首先，維修人員使用粗砂紙對損傷區(qū)域進行粗打磨。

第二，根據機體部位，選用粗砂紙或細砂紙，對損傷部位進行打磨。打磨區(qū)域應大于損傷區(qū)域，打磨操作不得破壞未損壞的纖維層。

第三，擦洗打磨區(qū)域，去掉油污、灰塵，迅速干燥打磨區(qū)域，再用環(huán)氧樹脂混合機填平凹坑，樹脂膠可略微高出凹坑周圍的表面。

第四，待樹脂膠固化后，用細砂紙打磨固化樹脂膠，并把凹坑周圍外表面打磨至基本順滑無缺陷，重新將維修區(qū)域清洗干凈并晾干。

第五，把一層玻璃纖維布貼在打磨區(qū)域，玻璃布要超出樹脂填充區(qū)。

最后，將部件加壓固化，待部件完成固化，維修人員才能再維修部件。

膠接補強板法

膠接補強板法是新材料制成的補強板黏結在部件損傷部位，使損傷部件中遭到破壞的載荷傳遞路徑得以重新恢復。復合材料板、鋁合金板均可作為補強板。需要注意的是，復合材料板膠接補強具體操作、參數(shù)選擇受多種因素的影響。因此，在實際維修中，維修人員可根據部件受力特點、維修技術要求來確定補強板黏結形式。

鋁合金部件的特點

鋁合金密度低、強度高、塑性強，易加工成各種板材。經過熱處理后，擁有良好的機械性能、物理性能與耐腐蝕性能。鋁合金制成的部件廣泛應用于航天、航空領域。

鋁合金部件損傷搶修要求

無人機鋁合金部件損傷搶修需滿足以下五點要求。

一是鋁合金部件在加熱時容易產生裂紋。因此，鋁合金部件維修應避免過度加熱。

二是鋁合金板材比鋼板軟。因此，維修人員使用手頂鐵時，需要使用木錘或塑料錘進行虛敲。這與鋼板維修方法基本相同。

三是鋁合金部件在加熱后容易收縮。因此，鋁合金部件在維修后需要進行縮火操作，以確保維修后的部位表面與未損傷部位表面保持平齊，且材料強度不變。

四是鋁合金部件局部的拉伸性較差，部件容易產生裂紋。因此，鋁合金部件維修需要避免過度拉伸。

五是鋁合金部件在受到嚴重損傷后需要更新，而不再維修。在更換新件時，機務人員應選用合適的鋁合金制成的部件，以確保更新部件滿足強度和穩(wěn)定性要求。

鋁合金部件損傷搶修方法

表面修復法

研磨機或研磨膏可以修復鋁合金部件表面的銹蝕、劃痕、磨損、凹坑等損傷。首先，維修人員將銹蝕、劃痕、磨損、凹坑清潔干凈；二是使用砂紙將銹蝕、劃痕、磨損、凹坑處的鋁合金表面磨平；三是使用研磨膏研磨損壞部位，使損壞部位表面變平整光滑；四是在損壞部位涂上防銹漆。

部件更換法

如果無人機采用模塊化設計，受到嚴重破壞而無法修復的鋁合金部件應該更換新件，以便快速恢復原有功能。

幾點建議

一是在搶修過程中，評估員需要準確評估裝備的損傷程度，確定部件維修的優(yōu)先級次序。因此，完善的評估組織建立尤為重要。

二是根據裝備的不同損傷程度和功能需求，機組需設計分類搶修策略。輕度損傷的裝備可以采用現(xiàn)場維修或更換零部件；重度損傷的裝備需要后方維修，或者整個裝備更新。因此，無人機使用單位需要建立完善的維修保障體系。

三是為了提高搶修效率，確保裝備維修所需的零部件、設備和技術支持能夠及時到位，無人機使用單位應建立包括穩(wěn)定的供應商網絡、必需物資儲備、完善庫存管理在內的高效供應鏈保障系統(tǒng)。

四是損傷搶修方法研究需要緊跟科技創(chuàng)新的步伐，維修部門應不斷引進先進的維修技術和設備。同時，開展培訓，提高維修人員的維修技能和靈活運用能力。

小結

在機體損傷搶修過程中，機組應根據具體損傷情況，確定損傷類型，采取合理的搶修方法開展維修，確保無人機快速有效地恢復機體功能，提高搶修效率，降低搶修成本，增強無人機持續(xù)運營能力。同時，開展無人機相關損傷搶修研究，優(yōu)化搶修方案和方法，為提升無人機維修水平奠定良好基礎。