劉軍

摘 要：隨著科技的不斷進(jìn)步，復(fù)合材料逐漸出現(xiàn)在航空領(lǐng)域，在現(xiàn)代航空領(lǐng)域的發(fā)展中被廣泛應(yīng)用。由于復(fù)合材料已經(jīng)成為現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，并且其損傷機(jī)理與金屬損傷存在差異，對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章主要基于飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理基礎(chǔ)之上進(jìn)行研究，促進(jìn)飛機(jī)復(fù)合材料的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)復(fù)合材料；結(jié)構(gòu)修理；技術(shù)分析

前言

國(guó)內(nèi)對(duì)于先進(jìn)復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得一定成效，但對(duì)于飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)的研究依舊需要不斷完善。由于現(xiàn)代航空領(lǐng)域需求的不斷增加，對(duì)復(fù)合材料的使用要求逐漸嚴(yán)格。同時(shí)在具體的應(yīng)用過(guò)程中需要對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行維護(hù)，體現(xiàn)出飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)的重要性。

1 飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)類型以及損傷類型

目前，國(guó)內(nèi)外的復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用具有廣泛性特點(diǎn)，材料用量占總體用量總重的25%-40%，其中民用飛機(jī)占11%-16%，直升機(jī)高達(dá)60%以上。由此可見(jiàn)，飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用具有廣泛性特點(diǎn)。對(duì)于復(fù)合材料以及損傷類型進(jìn)行分析，加深對(duì)復(fù)合材料修理技術(shù)的理解。

1.1飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)類型

1.1.1 壓層板。復(fù)合材料當(dāng)中的壓層板主要是由單層板粘合而成，同時(shí)構(gòu)成材料可為不同材質(zhì)的單層板，也可為各向異性單層板進(jìn)行構(gòu)成。由于單層板構(gòu)成存在復(fù)雜性以及非勻質(zhì)性，導(dǎo)致單層板的實(shí)際構(gòu)成具有各向異性的特點(diǎn)。

1.1.2 蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)。蜂窩夾芯機(jī)構(gòu)主要是由薄面板與中間膠接低密度的夾芯構(gòu)成，具體的面板結(jié)構(gòu)為層壓板，面板較薄。其中具體的使用材料為纖維玻璃布、單向碳纖維、編織布、芳綸有機(jī)纖維布等材料。蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)比常規(guī)金屬結(jié)構(gòu)具有較高的比強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、高結(jié)構(gòu)阻尼、消音以及耐聲震、隔熱性等良好的性能，在航空領(lǐng)域應(yīng)用具有較好效果。

1.1.3 蜂窩壁板。蜂窩壁板主要是承力面以及蜂窩夾芯構(gòu)成，蜂窩夾芯位于承力面板之間，使得整個(gè)蜂窩壁板的強(qiáng)度增加[1]。此外還有骨架元件以及眾多的不銹鋼板材料進(jìn)行實(shí)際構(gòu)成。在蜂窩壁板的實(shí)際結(jié)構(gòu)當(dāng)中，承力面板所承受的質(zhì)量一般只是自身在平面內(nèi)的負(fù)荷，骨架元件在具體應(yīng)用中保證局部剛勁，提升固定地點(diǎn)的安全性以及耐用性。

1.2 飛機(jī)復(fù)合材料損傷類型

飛機(jī)復(fù)合材料的使用在提升整體飛機(jī)性能的同時(shí)，導(dǎo)致在進(jìn)行實(shí)際使用的過(guò)程中出現(xiàn)一定程度的損傷。大部分結(jié)構(gòu)損傷形式主要是由于制造以及操作不當(dāng)造成，其中環(huán)境因素同樣是其重要的影響因素。損傷對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)以及剛度產(chǎn)生一定影響，并且主要分為兩個(gè)大類：第一類是大型損傷，其主要的損傷對(duì)于結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及剛度具有嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全隱患。這類型的損傷需要進(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)，及時(shí)的更換與修理，保證復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；第二類是小型損傷，具體的損傷并不能夠?qū)π阅苓M(jìn)行影響，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及剛度下降。

2 飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)

由于飛機(jī)復(fù)合材料的使用，由于損傷的存在，針對(duì)復(fù)合材料的修理技術(shù)在航空領(lǐng)域的發(fā)展中被不斷的創(chuàng)新與完善，為復(fù)合材料的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2.1 補(bǔ)片式修理技術(shù)

補(bǔ)片式的修理方法在進(jìn)行實(shí)際的修補(bǔ)處理過(guò)程中，主要應(yīng)用于較大型的損傷的修復(fù)，具體修復(fù)工藝較為復(fù)雜。補(bǔ)片式修理技術(shù)在現(xiàn)代航空領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，并在復(fù)合材料的修補(bǔ)方面具有良好的效果?？紤]到補(bǔ)片材料、補(bǔ)片形式以及修理工藝，具體分為以下三種類型：

2.1.1 外搭接補(bǔ)片機(jī)械連接法。補(bǔ)片的材料在進(jìn)行具體修補(bǔ)的過(guò)程中并沒(méi)有一定的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行要求，材料的選擇具有自主性特點(diǎn)?？梢赃x擇金屬板或者是復(fù)合材料面板，需要通過(guò)抽釘?shù)染o固件與母體結(jié)構(gòu)機(jī)械進(jìn)行連接，保證在飛機(jī)出現(xiàn)復(fù)合材料問(wèn)題時(shí)能夠得到及時(shí)處理，這種方法在進(jìn)行外場(chǎng)補(bǔ)救的過(guò)程中被廣泛應(yīng)用[2]。由于這一種方法在進(jìn)行連接的過(guò)程中對(duì)補(bǔ)片材料缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)約束，在使用鋁合金等相關(guān)金屬材料時(shí)需要考慮腐蝕問(wèn)題。

2.1.2 外搭接補(bǔ)片膠接法。在進(jìn)行外搭接補(bǔ)片膠接法過(guò)程中，需要重視補(bǔ)片大小、補(bǔ)片厚度以及膠層的設(shè)計(jì)。與補(bǔ)片大小直接相關(guān)的參數(shù)是搭接長(zhǎng)度，考慮到國(guó)內(nèi)膠黏劑的性能，搭接的長(zhǎng)度通常為20-30毫米；補(bǔ)片的厚度需要根據(jù)母版厚度進(jìn)行分析與設(shè)定，最佳的補(bǔ)片厚道的設(shè)計(jì)為母版厚度的二分之一[3]。通過(guò)具體的試驗(yàn)證明，具有軟補(bǔ)片的膠接強(qiáng)度較低。過(guò)于剛硬的材料不能夠起到良好的效果，導(dǎo)致在飛機(jī)復(fù)合材料的修理過(guò)程中出現(xiàn)相應(yīng)問(wèn)題。因此，需要根據(jù)具體材料以及設(shè)計(jì)進(jìn)行損傷處理；膠層設(shè)計(jì)過(guò)程中，膠粘劑的具體強(qiáng)度影響膠接接口的強(qiáng)度。在外搭接補(bǔ)片膠接法當(dāng)中，膠接接頭部分會(huì)產(chǎn)生比較高的局部應(yīng)力。在膠接部分需要增加膠層厚度，降低該處較高的剪應(yīng)力，提升膠接的強(qiáng)度。

2.1.3 嵌入式補(bǔ)片修理法。此種方法是通過(guò)挖去部分的母體材料產(chǎn)生斜坡或者是臺(tái)階，之后與預(yù)浸料補(bǔ)片或者是預(yù)固化補(bǔ)片膠接，補(bǔ)片鋪層與母體相同或略多[4]。該方法不僅能夠消除外搭接補(bǔ)片修理引起的偏心彎矩，而且外形恢復(fù)較好，是一種永久性修理方法，在進(jìn)行實(shí)際的復(fù)合材料的修補(bǔ)過(guò)程中具有重要作用。

2.2 非補(bǔ)片式修理技術(shù)

非補(bǔ)片式修理技術(shù)方法在進(jìn)行飛機(jī)符合材料修理的過(guò)程中，主要是針對(duì)小損傷進(jìn)行修理，操作方法較為簡(jiǎn)單，在進(jìn)行外場(chǎng)修補(bǔ)的過(guò)程中較為便捷。復(fù)合材料的非補(bǔ)片式修理技術(shù)，存在的方法主要為以下幾種：

2.2.1 注射法。在進(jìn)行較小損傷修理過(guò)程中，注射法在其中具有較好的應(yīng)用效果。這種方法在針對(duì)損傷區(qū)進(jìn)行修理的過(guò)程，是將樹(shù)脂注入損傷區(qū)，采用常溫固化以及加熱固化的形式，通過(guò)注射法填補(bǔ)修復(fù)過(guò)程中的損傷。注射法在進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用中，對(duì)于復(fù)合材料外層處理以及邊緣分層處理具有較好的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)損傷區(qū)的處理。

2.2.2 混合物填充法。這種方式在飛機(jī)符合材料的修理技術(shù)中與注射法相似，但兩者在實(shí)際的填充物方面具有明顯的差異，主要的填充物為短切纖維-樹(shù)脂混合物。此種方法在進(jìn)行修復(fù)表面范圍以及蜂窩夾層中的損傷修理具有較好效果，能夠修復(fù)復(fù)合材料中較小的損傷。

2.2.3 涂層法。復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用，需要通過(guò)涂層保證材料表面的安全性。在復(fù)合材料表面出現(xiàn)問(wèn)題的過(guò)程中，需要通過(guò)涂層法來(lái)修復(fù)表面密封層、防腐層以及導(dǎo)電層，保證材料外部穩(wěn)定性。

2.2.4 抽釘法。此種方法是通過(guò)分層區(qū)域或者是脫膠區(qū)抽釘法進(jìn)行加強(qiáng)，保證恢復(fù)外界的傳載能力。能夠有效的控制復(fù)合材料小損傷的擴(kuò)展，在具體的應(yīng)用過(guò)程中具有良好的應(yīng)用效果，保證復(fù)合材料外部穩(wěn)定性[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，飛機(jī)復(fù)合材料在航空領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用較為廣泛，符合材料的結(jié)構(gòu)以及維護(hù)工作尤為重要。需要加快修理材料的研制與開(kāi)發(fā)，保證在上述修理技術(shù)的基礎(chǔ)之上，不斷完善和發(fā)展新型技術(shù)，為航空領(lǐng)域安全使用復(fù)合材料奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)航空領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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