仇思 鄧迪 仇恩

摘要：中國在飛機(jī)結(jié)構(gòu)方面的研制水平不斷提高，復(fù)合材料憑借其結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)便利、重量輕、使用壽命長、可靠性高的優(yōu)勢普遍應(yīng)用于現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)，為飛機(jī)的有效載荷提高和起飛重量增加提供必要條件。由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)的維修是擺在飛機(jī)結(jié)構(gòu)從業(yè)人員面前的難題。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料;飛機(jī);應(yīng)用;修理

復(fù)合材料是指有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬或金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的復(fù)合材料，它既能保留原有組分材料的特色，又通過材料設(shè)計使各組分的性能相互補(bǔ)充并彼此關(guān)聯(lián)與協(xié)同，從而獲得原組分材料無法比擬的優(yōu)越性能。復(fù)合材料特別是先進(jìn)的復(fù)合材料在民航飛機(jī)結(jié)構(gòu)上應(yīng)用越來越多，飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在使用中經(jīng)常會出現(xiàn)損傷，損傷原因、種類繁多且難以避免，下面筆者就飛機(jī)復(fù)合材料的修理談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

1 我國先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀

自20世紀(jì)70年代開始，復(fù)合材料的研究就已經(jīng)在我國起步，經(jīng)過近50年的發(fā)展，我國復(fù)合材料的技術(shù)水平得了巨大的提升，并且取得了顯著的應(yīng)用成效?，F(xiàn)階段，復(fù)合材料在飛機(jī)、火箭以及宇航器等領(lǐng)域的應(yīng)用，正逐漸從次承力構(gòu)件向主承力構(gòu)件轉(zhuǎn)變，在民機(jī)、軍機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、宇航器以及火箭等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，即先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)踐應(yīng)用階段。與此同時，我們也要清醒地看到，與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，我國的先進(jìn)復(fù)合材料無論是在技術(shù)的發(fā)展上還是在研究成果上都存在一定差距，尤其是在先進(jìn)復(fù)合材料的設(shè)計理念和應(yīng)用規(guī)模上呈現(xiàn)出明顯落后的局面。以軍用戰(zhàn)斗機(jī)為例，我國戰(zhàn)斗機(jī)上的先進(jìn)復(fù)合材料的運(yùn)用比例普遍低于國外的先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)，僅少數(shù)型號戰(zhàn)機(jī)上運(yùn)用的先進(jìn)復(fù)合材料的比例超過20%，即使我國最先進(jìn)的殲20戰(zhàn)機(jī)，其先進(jìn)復(fù)合材料的運(yùn)用比例也只達(dá)到了27%。

2 復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用

2.1 旋翼槳葉上的應(yīng)用

通過對復(fù)合材料的早期使用，發(fā)現(xiàn)了復(fù)合材料的突出優(yōu)點(diǎn)。其優(yōu)良的抗疲勞性能、多通道加載的慢速傳播和相對簡單的成型過程都十分契合旋翼槳葉制造和使用。該材料的應(yīng)用不僅提高了飛機(jī)運(yùn)行的安全性，而且延長了葉片的使用壽命，降低了維護(hù)成本，提高了航空公司的經(jīng)濟(jì)效益。通過專業(yè)人員對新型旋翼槳葉的研究，研制了一系列新型飛機(jī)槳葉葉片。其主要特點(diǎn)是葉型從對稱到完全彎曲，不對稱;槳葉頂端的形狀由矩形變?yōu)槁有秃图庑?，提高了葉片的載荷分布、振動、槳渦干擾和噪聲特性，提高了轉(zhuǎn)子的工作效率。該設(shè)計還實(shí)現(xiàn)了葉片性能的優(yōu)化和減振降噪，在使用過程中取得了顯著的效果。

2.2 機(jī)體結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用

機(jī)體是典型的對重量敏感的結(jié)構(gòu)，外形復(fù)雜且零件尺寸較大，適合復(fù)合材料在機(jī)體結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，提高機(jī)體的損傷容限，使飛機(jī)的操作更加安全可靠，滿足飛機(jī)的碰撞吸收能量和隱身結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。早期復(fù)合材料主要用于天線罩，副翼，襟翼等次承力結(jié)構(gòu)。而隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)的機(jī)翼，尾翼，機(jī)身的主承力結(jié)構(gòu)上復(fù)合材料的用量也大大增加。復(fù)合材料構(gòu)件和鋁合金構(gòu)件相比，在重量、可靠性、生產(chǎn)成本和維護(hù)方面都有良好的效益。如復(fù)合材料在閥體和尾鰭和尾梁構(gòu)件中的應(yīng)用，能夠有效的減輕重量和方便成型。

3 復(fù)合材料的損傷

復(fù)合材料在使用中始終保持完好無損、性能不變是不可能的，很多自然因素和人為因素都會造成復(fù)合材料的各種損傷，一般來講，其常見的損傷形式有如下幾種：①表面損傷。這種損傷主要傷及材料的表面或近表面，如擦傷、劃傷、凹陷、氣泡和分層等。②沖擊損傷。大到與跑道上的車輛、設(shè)施相撞，小到與跑道上飛起的石子、砂礫，空中飛來的冰雹、小鳥及工作人員失落的工具等相撞造成的損傷。③分層。如層壓板分層，面板與蜂窩芯分層等。④脫膠。如膠接面脫膠，層壓板脫膠及面板與蜂窩芯之間脫膠等。⑤慢性長期損傷。如疲勞裂紋等。⑥滲水、吸潮損傷。制造過程中產(chǎn)生的損傷，如氣孔等。

4 復(fù)合材料修理

4.1 非補(bǔ)片修理

在修理區(qū)域不加任何補(bǔ)片材料，主要用于修理比較小的缺陷和損傷，修理工序比較簡單，在外場比較短的時間內(nèi)即可完成修理工作。該修理方法主要有下列幾種情況：

（1）注射法。層壓板中脫膠、小分層及結(jié)構(gòu)連接處縫隙等適用該方法進(jìn)行修理。注射法在進(jìn)行小損傷修理時具有較好的效果。具體方法是將配好的樹脂注入損傷部位，并給損傷部位加熱進(jìn)行固化，通過注射樹脂來修復(fù)填補(bǔ)損傷。

（2）混合物填充法。該法在復(fù)合材料維修中與注射法類似，用樹脂-短切纖維混合物替代樹脂。這種方法在蜂窩夾層中進(jìn)行損傷修理以及表面范圍修復(fù)工作中具有良好的修復(fù)效果，可以修復(fù)飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中較小的缺陷和損傷。

4.2 非補(bǔ)片式修理技術(shù)

根據(jù)補(bǔ)片的結(jié)構(gòu)形式、補(bǔ)片材料及修理工藝的不同，可將補(bǔ)片修理分為以下幾種方法：

（1）外搭接補(bǔ)片膠接法。此法可修理蒙皮或2mm厚的較薄層壓板，在外場容易實(shí)現(xiàn)，且材料強(qiáng)度可恢復(fù)到70～100%，故該方法應(yīng)用比較廣泛。

（2）外搭接補(bǔ)片螺接法。本方法適用于修理厚層壓板（8～25mm），一般補(bǔ)片為金屬材料，如呂、鈦等，修理較為簡便，適用于外場緊急修理。

4.3 注意事項

1）樹脂與纖維層之間的重量比例要按照手冊要求保證準(zhǔn)備。

2）確保每一層纖維布安裝方向與修理區(qū)域?qū)?yīng)手冊標(biāo)示的纖維層方向一致，以保證面板正確的強(qiáng)度。

3）使用鋒利的剪刀裁剪纖維布，標(biāo)記纖維方向;確保纖維絲沒有斷裂或損壞，纖維布沒有任何損壞或污染。

4）檢查損壞的區(qū)域時，特別注意檢查相鄰的結(jié)構(gòu)狀況。

5）復(fù)合材料修理完成后，應(yīng)根據(jù)手冊要求對飛機(jī)進(jìn)行稱重，并確保飛機(jī)重心在限制范圍以內(nèi)。

6）完成操縱舵面復(fù)合材料修理后，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行舵面稱重、配平工作。

7）完成修理后，確保所有漏水孔、通氣孔應(yīng)無堵塞。

8）禁止皮膚接觸到樹脂、固化劑、清潔溶劑等，以免造成損傷。

9）任何復(fù)合材料修理必須嚴(yán)格按照手冊對應(yīng)程序執(zhí)行。

綜上所述，航空技術(shù)是一個國家工業(yè)水平先進(jìn)與否的判定標(biāo)準(zhǔn)。航空技術(shù)發(fā)展程度越高，需要的航空材料性能越強(qiáng)，航空復(fù)合材料的出現(xiàn)對于推動航空領(lǐng)域的發(fā)展具有舉足輕重的意義。國際航空發(fā)達(dá)國家占據(jù)了復(fù)合材料研發(fā)的先機(jī)，我國航空領(lǐng)域的進(jìn)步必須完成復(fù)合材料發(fā)展的后來居上。我們必須認(rèn)清復(fù)合材料的重要意義，利用后發(fā)優(yōu)勢，多方位營造復(fù)合材料的研發(fā)環(huán)境，縮小與國際先進(jìn)水平的差距，實(shí)現(xiàn)我國航空技術(shù)的超越。

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