通用飛機復合材料結構損傷維修技術

王宇燦

摘要：隨著社會的飛速發展，在現代飛機結構中，先進復合材料所占的比重也變得越來越大。現階段，我國對于大型民用飛機等的研制已經變得越來越深入，這就致使復合材料在飛機結構中的應用變得更加普遍。通過對現有的維修任務進行分析我們可以看出，現在的飛機結構都是十分復雜，這就導致維修任務變得格外繁重，由此我們可以推斷出，將來的復合材料飛機結構的維修任務會變得越來越艱難。目前對于復合材料的技術研究，最為重要的方向之一就是復合材料結構的維修與評估技術，在本篇論文中，我們主要對通用飛機復合材料結構損傷的維修技術進行了適當的探討。

關鍵詞：復合材料；結構；生產；維護；維修技術

一、引言

一般來說，復合材料具有的優點主要有以下幾點，即：比剛度較高、比強度較大等等，也正是因為這樣的優勢，復合材料在飛機主承力結構上的應用變得越來越廣泛。但是由于復合材料的抗沖擊阻抗等性能都比較低，所以在進行生產或者維護的時候，就會造成結構缺陷和損傷的現象出現，而且這樣的現象也是無法避免的，只有在第一時間進行修理，那么生產中部件的報廢率才能在一定程度上降低。另外，要想有效的保障安全并且降低復合材料的使用成本，那么就必須提高部件使用的完好率。現在為止，在處理有關維修問題的時候，國外都可以直接通過查詢修理手冊來進行問題的解決，所以現在的研究方向必須是高速、有效的完成結構修理，由此我們可以看出，復合材料部件維修技術是十分重要的。

二、復材結構的缺陷和損傷形式

根據損傷產生的原因來看，復合材料的結構損傷主要分為以下幾種類型：制造缺陷、使用損傷等等。通常情況下，機械損傷或者非機械損傷就是制造缺陷中主要包括的內容，一般在機械加工過程中對制件表面造成劃痕、擦傷就是機械損傷，而與機械損傷不同的是，在鋪貼的過程中導致制件內部產生過多的孔隙，就是非機械損傷出現的主要原因。其次，在飛機行駛過程中出現鳥撞、碎片沖擊等等就是沖擊損傷包括的內容。

三、復合材料修理方法

一旦出現復合材料結構缺陷的情況出現，那么我們就必須采取相應的補救措施，常見的修補方法主要有貼補法、挖補法等等。但如果從連接形式上進行劃分的話，那么修補方法就可以分為機械連接修理以及膠接修理。在進行修補的過程中，我們必須對復合材料結構修補之后的性能進行綜合的考慮。一般情況下，空客以及波音的飛機公司最常采用的修補方法都是貼補法、挖補法等，對于那些承傳載較為重要的部分，在采用相關修補方法的時候，我們在其基礎上對局部加上機械螺栓，這樣一來，緊固連接就能完美的實現。

（一）膠接修理

與機械修理相比，結構增重較小、修理時間較短、效率高等就是膠接修理的主要優勢，具體的修理方法主要包括貼補法以及挖補法等。

1、貼補法

在采用貼補法這種維修方法時，主要的內容就是將修補的材料以貼片的形式貼在結構上面，以此幫助其強度以及剛度的恢復。通常復合材料以及金屬材料都屬于貼片材料所包含的范圍內，但如果在進行復合材料結構的修補時，那么就只能采用金屬材料，另外，修補金屬結構的同時不能采用復合材料。貼片形式一般屬于固化好的層合板，但除此之外，它也是未固化的預浸料，可以與修補結構一起完成共固化。現階段，一些曲率較小而且對氣動表面要求不是很高的零部件在進行修理時，就可以采取貼補法。由于貼補法的補片制作起來十分的簡單，并且在施工的過程中十分的方便，這就使得它的應用范圍變得越來越廣泛。但是有一點需要注意的是，為了避免修補失效等問題的出現，在進行修補的過程中，補片的端部必須與修理結構的貼合角度保持一致，這樣一來，修補失效問題的出現率就會大大降低。

2、挖補法

當破損結構想要進行清除的時候，那么就可以采用挖補法。把破損的結構清除完畢之后，之后才可以采用新材料進行修補。而新材料填補又可以分為斜接法以及階梯法，一般這兩種方法的效果都是差不多的。與貼補法進行比較我們可以發現，這種方法的適用性更為廣泛，而且效果也比較明顯，但是工藝卻十分復雜，不管是對設備的要求還是人員的要求都非常的高。

要想將破損結構的某一角度挖成傾斜的表面，那么就可以使用斜接法，當破損結構的某個角度挖成傾斜表面之后，那么就可以在斜面上進行新材料的填補，這就是斜接法當中的主要內容。在使用斜接法的過程中，最好選用厚度較大的層壓板修補，這樣在進行斜挖角度的時候就不會出現問題，同時膠接面的分布也會變得十分均勻，這樣一來應力集中的問題就不會出現。由此我們可以看出，這樣修補方法的效果非常的優良，而且修補完成之后，結構表面也會變得非常的光滑。但是該方法也存在一定的不足，那就是修補施工較為困難，如果需要外場快速維修的時候，這種方法就無法滿足相應的要求。

將結構破損部位當中的某一階段進行加工，使其成為階梯狀，之后再進行新材料的填補，這就是階梯法的主要內容。但是與前幾個方法相比，這種方法的斜接法難度系數較大，而且對工藝要求非常的高，要想順利完成，那么就必須借助專業的工具。雖然該方法操作起來比較困難，可是修補完成之后，結構性能會變得更好。在采用階梯法這種維修方法的時候，有一點必須注意的是，臺階的寬度需要進行較為精準的控制，這一點也是階梯法的關鍵，所以在進行修理的時候，往往都是從最上面的一層開始，并且以12.5mm的寬度作為臺階，從上開始修理，一直到最下面的那一層，當最內層的損傷鋪層完成之后，修理工作也就完成了。

3、注射樹脂法

通常在修理復合材料小面積的脫膠以及分層的時候，我們就可以采用注射樹脂法。但是這種方法能否奏效，主要取決于缺陷是在制造過程中產生的還是使用過程中出現的損傷。如果是由于局部膠接壓力不夠造成的缺陷，那么就必須去除其表面的污染層，這樣才能在一定程度上保障膠接的強度。如果污染的是內表面，修理起來就會非常的困難，而且修理之后的結果也不會十分的理想。但是與上述內容不同的是，如果損傷是在使用過程中造成的，其表面還沒有受到相應的污染，也沒有吸收水分，那么膠接就可以有效的進行。可是這種方法需要在結構上對注膠孔以及出膠孔進行合理的布置，空的深度必須達到缺陷所在的位置，這樣一來才可以保障樹脂成功注射到孔隙當中。但是采用這種方法有一個好處，那就是不用對材料進行去除，只要在分層區與注入樹脂，讓樹脂和纖維固化粘合就可以了。

（二）機械連接修理

一般來說，利用緊固件將補片和被修理的結構采用螺釘連接在一起的方法就是機械連接修理的主要內容。通過適當的分析我們可以看出，這種修理方法操作起來十分的簡單，而且不需要應用那些輔助的溫控設備，所以在進行外場飛機修理的時候，我們通常采用的都是這種方法。

雖然復合材料的機械連接修理的工藝非常的簡單，但是修理過程中卻會出現很多的問題，比如：金屬連接件會破壞結構的主體、引起應力集中現象等等。嚴重情況下還會導致連接件和復合材料之間配合控制的損傷，從而引起增重效應。

結束語：

綜上所述我們可以看出，現階段我國設計出來并且投入使用的通用飛機已經多達數百輛，其中絕大多數的飛機型號采用的結構都是復合材料結構。而且隨著社會的不斷發展，我國低空空域也漸漸開放，這樣一來，通用飛機的市場就會變得越來越廣闊，這就會在一定程度上增加通用飛機的數量，同時復合材料的用量也會不斷上升。通常情況下，復合材料的檢測與修理技術與通用飛機的成本制造和持續安全有著十分緊密的聯系，只有加強復合材料結構的修理，那么通用飛機的持續安全才能得到保障，從而提升其核心支撐技術，加強市場競爭力。

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