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        飛機(jī)復(fù)合材料損傷及修理技術(shù)淺析

        2019-12-19 09:32:57鄭志偉
        商品與質(zhì)量 2019年5期
        關(guān)鍵詞:裂紋復(fù)合材料飛機(jī)

        鄭志偉

        航空工業(yè)哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 黑龍江哈爾濱 150066

        飛機(jī)所用復(fù)合材料如果出現(xiàn)脫膠、蜂窩夾芯板脫層、分層、表面氧化、表面鼓泡等損傷,會(huì)對(duì)飛機(jī)的正常飛行產(chǎn)生較大的影響,需要定期對(duì)復(fù)合材料部件進(jìn)行檢查,根據(jù)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)損傷特點(diǎn)及裂紋特性,按照相關(guān)修理原則對(duì)損傷和缺項(xiàng)進(jìn)行修復(fù),才能確保飛機(jī)的運(yùn)行安全。本文對(duì)飛機(jī)復(fù)合材料損傷及修理技術(shù)進(jìn)行了分析探討[1]。

        1 復(fù)合材料的特點(diǎn)

        復(fù)合材料是通過復(fù)合工藝將有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬或金屬等幾種不同材料組合而成的,既保留了原有組分材料的特性,又通過工藝組合將各組分材料的性能進(jìn)行互補(bǔ),獲得比原組分材料更加優(yōu)越的性能。

        1.1 質(zhì)量輕、強(qiáng)度高

        飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)用的碳纖維復(fù)合材料質(zhì)量輕,強(qiáng)度高,相比金屬材料不易腐蝕,能增長(zhǎng)零部件的使用周期,減少零件更換的成本,并且利于整個(gè)飛機(jī)減重和省油,飛機(jī)一個(gè)零件使用復(fù)合材料能減重20%左右,而且不會(huì)產(chǎn)生金屬疲勞,能提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。另外,使用復(fù)合材料能有效的減少連接部件,并且具有高比強(qiáng)高比模的顯著優(yōu)點(diǎn),成為和鋁、鋼、鈦一樣經(jīng)常應(yīng)用的航空材料。隨著復(fù)合材料技術(shù)的不斷發(fā)展,在航空器應(yīng)用的越來越多。

        1.2 抗疲勞性能高

        對(duì)于拉伸或壓縮構(gòu)件,復(fù)合材料比強(qiáng)度高,比鋁制件高出30%左右,可以更好的承載各方面的荷載力。比如飛機(jī)副翼上表面受承載呈壓縮狀態(tài),下表面呈拉伸狀態(tài),在飛行中會(huì)出現(xiàn)承受拉力和壓力的交替,極易出現(xiàn)受力疲勞。副翼采用復(fù)合材料合板制作,因?yàn)殇亴愉伔虐凑展潭ǚ较?,這樣的結(jié)構(gòu)便于承受任何方向的荷載力,具有較高的抗疲勞性能。

        1.3 減振性能高

        復(fù)合材料具有較高的比摸量和自振頻率,復(fù)合材料的受力結(jié)構(gòu)自振頻率與其結(jié)構(gòu)材料比模量的平方根成正比,較高的自振頻率也使復(fù)合材料的吸振能力較強(qiáng),防止飛機(jī)材料結(jié)構(gòu)在運(yùn)行狀態(tài)中出現(xiàn)共振,減少共振帶來的破壞。另外復(fù)合材料中也包含了高韌性的組分基體材料,抗震的阻尼特性較強(qiáng)。

        1.4 斷裂安全性和耐高溫性能高

        纖維復(fù)合材料含有大量的纖維,纖維具有很強(qiáng)的韌性將不同組分的材料粘合到一起,成為一個(gè)堅(jiān)固的整體結(jié)構(gòu),既使結(jié)構(gòu)中存在少數(shù)纖維斷裂,其他纖維也會(huì)承接載荷,從而使結(jié)構(gòu)部件在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)斷裂,斷裂的安全性能較高。

        另外,復(fù)合材料的耐高溫性很強(qiáng),能在飛機(jī)的燃燒室、燃燒室浮壁、渦輪外環(huán)、火焰穩(wěn)定器等中應(yīng)用。

        2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷特點(diǎn)及裂紋特性

        2.1 外部損傷

        復(fù)合材料中基體材料性能極大影響了復(fù)合材料的工作性能,特別是當(dāng)其處于潮濕或高溫狀態(tài)時(shí),基體材料的面內(nèi)壓縮、面內(nèi)剪切、對(duì)沖擊損傷的阻抗和其它層間特性對(duì)復(fù)合材料的整體性能影響較大。特別是符合材料受到外物沖擊會(huì)出現(xiàn)塑性變形,一定程度上吸收來自外界的沖擊力,但通常會(huì)出現(xiàn)材料基體的表面損傷、擦傷、裂紋等,一般不會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的承載能力。

        2.2 內(nèi)部損傷

        當(dāng)復(fù)合材料的基體出現(xiàn)裂紋和纖維失效會(huì)產(chǎn)生分層,都是在復(fù)合材料鋪層內(nèi)部產(chǎn)生的,但是在外表面會(huì)顯現(xiàn)鋸齒狀損傷,有的從外觀看不到內(nèi)部的分層是否收到損傷,但在在受沖擊表面反側(cè)會(huì)有基體裂紋。有的較重時(shí)出現(xiàn)裂紋斷裂,受沖擊的表面可以看到分層,當(dāng)出現(xiàn)外部表面的裂紋時(shí),有時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外部表面所顯現(xiàn)的損傷。如果損傷再嚴(yán)重,當(dāng)出現(xiàn)貫穿性的裂紋和穿孔時(shí),符合材料的整個(gè)厚度都受到損害,其穿孔的邊緣會(huì)呈現(xiàn)分層或較為尖銳的裂紋。

        2.3 裂紋增長(zhǎng)損傷

        復(fù)合材料結(jié)構(gòu)裂紋增長(zhǎng)包含不增長(zhǎng)、止裂增長(zhǎng)和緩慢增長(zhǎng)三種類型,三者損傷程度主要看止裂損傷尺寸的檢查和修理間隔時(shí)間。因?yàn)閺?fù)合材料損傷后裂紋擴(kuò)展與金屬結(jié)構(gòu)不同,損傷后的剩余強(qiáng)度也不相同,只有科學(xué)及時(shí)的控制復(fù)合材料的應(yīng)變,才能防止損傷出現(xiàn)擴(kuò)展。另外,需要注意的是,復(fù)合材料損傷后承載能力會(huì)迅速下降,金屬材料是隨著裂紋擴(kuò)展逐漸下降。所以一旦復(fù)合材料出現(xiàn)裂紋,必須及時(shí)進(jìn)行修理。

        3 飛機(jī)復(fù)合材料損傷修理的重要性

        飛機(jī)飛行過程中受到天氣以及氣流等變化的影響較大,特別是飛機(jī)部件本身的穩(wěn)定性直接影響其運(yùn)行安全,飛行過程中零部件出現(xiàn)故障會(huì)直接威脅生命和財(cái)產(chǎn)安全。對(duì)飛機(jī)零部件特別是對(duì)零部件的制造材料進(jìn)行定期檢查和保養(yǎng),出現(xiàn)故障或隱患時(shí)及時(shí)進(jìn)行維修和保護(hù),確保零部件始終處于一個(gè)良好的工作狀態(tài)。所以對(duì)于飛機(jī)復(fù)合材料損傷要堅(jiān)持安全第一和預(yù)防為主的維修原則,對(duì)有可能出現(xiàn)的安全隱患和故障都要積極排查和處理,加強(qiáng)飛機(jī)預(yù)防性維修與維護(hù),規(guī)范飛機(jī)設(shè)備操作、使用,及時(shí)對(duì)飛機(jī)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)、維護(hù)和改進(jìn)提升,確保最佳的運(yùn)行狀態(tài),確保飛機(jī)運(yùn)行安全。

        4 加強(qiáng)飛機(jī)復(fù)合材料的修復(fù)的有效措施

        飛機(jī)復(fù)合材料的可靠性與環(huán)境、工作條件、運(yùn)行情況、維護(hù)保養(yǎng)以及自身的可靠性密切相關(guān),因?yàn)轱w機(jī)部件精度很高,有很復(fù)雜的制造工藝,必須在良好的工作環(huán)境中才能確保良好的可靠性。要采用先進(jìn)的技術(shù)定期維護(hù)保養(yǎng),最大程度的保證飛機(jī)運(yùn)行的安全性。

        4.1 利用先進(jìn)的修復(fù)技術(shù)

        一是使用機(jī)械連接修理,也就是將復(fù)合材料用連接物連接在受損部位,雖然能短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行修復(fù),但會(huì)破壞原有材料結(jié)構(gòu),加速結(jié)構(gòu)破壞的程度。二是膠接修理法,當(dāng)前較為先進(jìn),對(duì)復(fù)合材料破壞性小。三是貼補(bǔ)修理法,作為應(yīng)急使用的一種方法,通過在材料受損部位補(bǔ)貼材料,暫時(shí)修復(fù)受損部分,但不會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間,時(shí)間允許時(shí)需要進(jìn)行再次修復(fù)或更換新的材料[2]。

        4.2 加強(qiáng)復(fù)合材料部件無損檢測(cè)

        要加強(qiáng)對(duì)復(fù)合材料部件的定期檢測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)損傷才能有針對(duì)性的修理,延長(zhǎng)部件的壽命。當(dāng)前常用的無損檢測(cè)方法有目視檢查法、敲擊檢查法、超聲波檢測(cè)法、X射線檢測(cè)法等,隨著無損檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展,超聲、射線等傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)也日益的改進(jìn)和提升,探索應(yīng)用了激光全息干涉、激光超聲、紅外、聲發(fā)射、微波、磁記憶等諸多無損檢測(cè)的新工藝,能快速準(zhǔn)確的對(duì)復(fù)合材料受損部位進(jìn)行檢測(cè),從而選擇指定科學(xué)的修復(fù)方法。

        5 結(jié)語

        飛機(jī)復(fù)合材料經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的飛行和磨損必然會(huì)受到不同程度的損傷,要根據(jù)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)損傷特點(diǎn)及裂紋特性,按照相關(guān)修理原則進(jìn)行修復(fù),才能確保飛機(jī)的運(yùn)行安全。今后要加強(qiáng)飛機(jī)復(fù)合材料維修技術(shù)的研究和探索,切實(shí)提高飛機(jī)材料維修的質(zhì)量,改進(jìn)材料損傷修理的有效措施,提升維修能力,為飛機(jī)的安全運(yùn)行提供保障。

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