航空復合材料的損傷與維修

曹景斌

摘 要：復合材料（Composite Material，CM）是一種新型材料。這種材料通常具備兩種及以上的組分，是采用先進技術制備出來的。現階段，復合材料因其良好的性能，在航空領域的應用逐漸增多。與此同時，這種材料的損傷現象也隨之增多。筆者分析了其出現損傷情況的原因，并且闡述了其損傷情況評估方法。針對這些損傷情況，筆者對復合材料的兩類維修方法進行了研究。

關鍵詞：航空 復合材料 損傷與維修

中圖分類號：V263.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0014-02

復合材料由于含有多種組分，復合材料能夠表現出更為良好的性能。復合材料不但能夠彌補單一材料的不足和缺陷，并且通過單一材料的組合實現了綜合性能，突破了原有的約束和限制。復合材料通常具有更好的強度、剛度和抗疲勞性能。

1 復合材料的損傷原因分析

復合材料的損傷有多種類型。總體來說，以其損傷影響飛機運行性能的嚴重程度為劃分依據，損傷可以分為兩種類型：允許類和立即處理類。允許類是指這一損失對于飛機運行性能的影響比較輕微，可以不在當時立即進行處理。這一類的損傷往往不太嚴重，并且絕大多數位于飛機的非關鍵性位置。由沖擊造成的程度較小的損傷以及非關鍵部位的劃傷等都屬于這一類損傷。對于這一類的損傷，一般情況下可以通過維修進行處理。立即處理類是指這一類損失對于飛機運行性能的影響比較嚴重。在這種情況下，飛機的結構完整性會受到破壞。并且這種破壞效應會逐漸擴大。因此必須要在當時立即進行處理。對于這一類的損傷，維修人員需要進行評估。如果維修所需的費用較更換所需的費用更高，或者損傷程度過于嚴重，維修人員就需要采用更換新零件的方式進行處理。復合材料的損傷原因主要可以分為3個方面：第一方面原因是制造缺陷。這種損傷通常是由于復合材料本身導致的。在制備復合材料時，可能因技術不成熟、操作不當等各種因素造成所制備材料存在結構或者性能上的缺陷。第二方面原因是使用和保養(yǎng)不當。飛機在使用過程中，由于使用人員的操作不規(guī)范會增大飛機發(fā)生碰撞的概率。這種損傷主要發(fā)生在艙門、機身以及機翼等部位。在平時的維護保養(yǎng)中，由于維保人員工作不夠細致，可能會忽視某些已有的損傷。由于沒有對其進行維修，會導致這一損傷不斷加大，最終造成更為嚴重的問題。第三方面原因是不利的環(huán)境因素。由于飛機在自然環(huán)境中使用，可能會遇到風、雨、雷、電等各種惡劣天氣。這些環(huán)境因素都會給復合材料帶來不利的影響。從而留下損傷的安全隱患。此外，在陽光下的暴曬也會造成復合材料的損傷。

2 復合材料的損傷情況評估

要想對復合材料進行恰當的修復，維修人員首先應當對其損傷情況進行有效的評估。這種評估主要包括以下兩個方面：一方面，維修人員應當準確地判斷其存在位置。另一方面，維修人員應當恰當地評估其損傷程度。與此同時，對于損傷情況的評估，應當結合復合材料的性能、飛機結構的特點等多種相關因素進行。在這種情況下，損傷評估才能更加符合實際情況，才能更加真實地反映問題的嚴重程度。通常情況下，采用目視檢查法就足以進行完善的評估。例如裂紋、分層、脫膠等。維修人員通過觀察觸摸以及輕敲等方法，就能夠判斷損傷發(fā)生的位置、嚴重程度以及損傷面積。如果采用目視檢查法不能夠有效地判斷，維修人員可以進一步采用儀器檢測法。這種方法需要使用先進的設備和儀器。具體可以分為多種類型，例如超聲檢測、激光全息檢測等。對于目視法無法進行檢測的損傷，采用這些方法能夠得到較好的檢測效果。這些方法得到的檢測結果更為精準、全面。從而能夠更加科學地量化復合材料損傷的狀態(tài)。對復合材料的損傷狀況進行評估后，維修人員就能夠根據其特點和情況，選擇合適的技術或方案進行維修。也就是說，評估是維修的重要基礎和前提。評估不到位，則會導致維修技術或方案選擇不合理。進而嚴重地影響到后期的維修效果。

3 復合材料的維修方法

3.1 膠接修理方法

膠接修理是一種新的維修工藝方法。現階段，這種方法在飛機的維修工作中的應用很廣。無論是非關鍵部位的復合材料的劃傷，還是關鍵部位的復合材料的沖擊損傷，采用這種方法都能夠獲得良好的修復結果。對于不需要使用補片的損傷部位的修復，將其稱為無補片式修理。這種方法操作比較簡單。其在面積較小的脫膠、凹陷損傷中的應用較多。修理人員可以直接在損傷位置進行鉆孔。鉆孔的類型有透氣孔和注膠孔兩種。透氣孔的存在是為了避免損傷部位出現真空區(qū)域。如果在注膠孔中出現真空區(qū)域，則修理效果會大打折扣。注膠孔就是用于注入填充物的孔洞。維修人員采用壓力槍等工具，將填充物從注膠孔中注入。當填充物填滿注膠孔和構件內部的空隙部位后，便會從透氣孔中溢出。此時，修理人員就可以對修理部位進行加壓以及加熱處理。從而使填充物與修復結構緊密地結合在一起。常用的填充物材料為纖維、樹脂等。對于復合材料的分層損傷情況，修理人員可以采用熔接修補（Weld Repair）的方法。對于需要使用補片的損傷部位的修復，將其稱為補片式修理。這種方法更多用于損傷較為嚴重的狀況。它的操作工藝較為復雜，要求修理人員具有一定的技能基礎和經驗。當厚度較小的層合板出現損傷時，修理人員就需要采用補片式修理方法。此時修理人員只需要在層合板的外部增加補片即可。而當厚度較大的層壓板發(fā)生損失時，修理人員需要在其內部增加補片。因此，其修理難度會相應增加。總的來說，膠接修理方法的應用效果是比較好的。它能夠較好地避免應力的產生。

3.2 鉚接修理方法

鉚接修理方法在實際修復中的使用頻率較低。通常情況下，只有當膠接修理不滿足條件或者修理效果不理想的時候，修理人員才會考慮選擇這種修理方法。根據其修理的位置，這種方法可以劃分為兩種類型：嵌入鉚接和外部鉚接。嵌入鉚接方法是指將修補用的材料（補片）嵌入到損傷位置處。外部鉚接方法是指將修補用的材料（補片）貼附到損傷結構表面上。然后都是采用鉚接的方式進行連接。鉚接是一種機械連接方式。因此，這種方法會給結構帶來較大的應力集中問題。此外，采用鉚接需要使用大量的緊固件。這會在一定程度上增加飛機的自重。所以這種方法并不是十分提倡使用的。只有當構件的厚度非常大，并且承受應力較小的損傷位置，才會考慮使用這種方法。

4 結語

如今，復合材料在航空領域的應用非常多。在大量應用的同時也帶來了很多的損傷問題。這些損傷多數是由于制造、使用、保養(yǎng)和環(huán)境因素造成的。對于復合材料的損傷，維修人員應當首先對其程度和損傷狀況進行評估。然后采用合理的方式進行修復。目前，復合材料的主要維修方法有兩種。但是隨著技術的進步，維修方法也在不斷創(chuàng)新。維修人員一方面應當積極學習先進的修理技術，另一方面也要主動進行創(chuàng)新，尋找效果更好的修理方法。

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