復(fù)合材料蒙皮制孔錯(cuò)誤修理方法研究

艾明　房曉斌　劉夢輝

摘 要：本文針對飛機(jī)復(fù)合材料蒙皮出現(xiàn)的制孔錯(cuò)誤，分析零件結(jié)構(gòu)、選用材料、故障部位、修理操作性，提出一種合理的修理方案并實(shí)施蒙皮修理。修理后的部位，功能恢復(fù)達(dá)到使用要求。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料;蒙皮;修理方法

復(fù)合材料蒙皮在生產(chǎn)過程中，可能由于一些不合理操作，導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷。本文以某型號飛機(jī)復(fù)合材料蒙皮出現(xiàn)的制孔孔位錯(cuò)誤為例，對復(fù)合材料蒙皮損傷區(qū)域的確定、修理方法進(jìn)行了論述，同時(shí)提出了合理的修理方案并實(shí)施修理。

1 復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)形式及故障描述

1.1 結(jié)構(gòu)形式

某型號飛機(jī)復(fù)合材料蒙皮為碳纖維/芳綸紙蜂窩夾層件，材料選用高溫環(huán)氧碳纖維預(yù)浸織物、高溫環(huán)氧碳纖維預(yù)浸單向帶、高溫環(huán)氧樹脂膠膜以及NOMEX蜂窩芯。

1.2 故障描述

該復(fù)合材料蒙皮屬于襟翼部件的次級零件，在與復(fù)合材料梁、金屬肋等零件裝配連接過程中，由于操作失誤，導(dǎo)致蒙皮一側(cè)28個(gè)防磨板安裝孔孔位偏差，最大孔位偏差約14mm，并且多制2個(gè)安裝孔。

2 復(fù)合材料蒙皮故障修理方法確定與驗(yàn)證

2.1 修理原則確定

由于復(fù)合材料蒙皮上故障孔數(shù)量多、孔位偏差大，若使用樹脂進(jìn)行填充，或者使用樹脂浸潤干纖維進(jìn)行修理，根據(jù)飛機(jī)維修相關(guān)文件判斷，無法有效彌補(bǔ)蒙皮的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度損失。根據(jù)飛機(jī)維修相關(guān)文件中提到的修理原則，可設(shè)計(jì)采用預(yù)浸料替換方式進(jìn)行故障部位的修理。故針對復(fù)合材料蒙皮的故障部位，采取切除故障區(qū)域蒙皮，然后采用預(yù)浸料補(bǔ)償并固化實(shí)施修理。

2.2 修理材料選擇

由于復(fù)合材料蒙皮選用了高溫環(huán)氧碳纖維預(yù)浸料，所有在蒙皮故障部位修理時(shí)，選用高溫環(huán)氧碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行修理。

2.3 修理方法設(shè)計(jì)

（1）修理方法一。切除復(fù)合材料蒙皮故障部位1080mm×43mm區(qū)域。然后在蒙皮故障區(qū)域周邊，靠模面及靠袋面各打磨去除3層預(yù)浸料，預(yù)浸料采用斜度打磨，每層預(yù)浸料打磨尺寸增加13mm。在故障區(qū)域，重新從靠模面鋪貼恢復(fù)鋪層，斜度打磨去除的3層預(yù)浸料在重新鋪貼恢復(fù)時(shí)，恢復(fù)的鋪層與原鋪層采用搭接形式鋪貼，搭接量為13mm，其余鋪層采用對接形式鋪貼，對接間隙控制在1.5mm之內(nèi)。恢復(fù)鋪層后零件靠袋面與靠模面各增加一層過鋪層用于彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，過鋪層延伸出恢復(fù)的鋪層至少13mm。最后采用熱壓罐固化零件修理區(qū)域。

（2）修理方法二。從靠模面去除鋪層直至將故障區(qū)域鋪層全部去除，每一層去除的鋪層最小增加7.5mm，鋪層去除采用斜度打磨法。在故障區(qū)域鋪貼膠膜后按原鋪層順序及角度逐層恢復(fù)鋪層，每層恢復(fù)的鋪層與原鋪層搭接鋪貼，搭接量最小7.5mm?；謴?fù)鋪層后在靠模面增加一層過鋪層用于彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，過鋪層延伸出恢復(fù)的鋪層至少13mm。最后采用熱壓罐固化零件修理區(qū)域。

（3）修理方法三。從蒙皮靠袋面去除已固化的鋪層，每一層去除的鋪層最小增加7.5mm，鋪層去除采用斜度打磨法。在故障區(qū)域鋪貼膠膜后按原鋪層順序及角度逐層恢復(fù)鋪層，每層恢復(fù)的鋪層與原鋪層搭接鋪貼，搭接量最小7.5mm?；謴?fù)鋪層后在靠模面增加一層過鋪層用于彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，過鋪層延伸出恢復(fù)的鋪層至少13mm。零件靠模面恢復(fù)高溫環(huán)氧玻璃纖維織物材料及表面膜，修飾表面所用的表面膜材料及防電化腐蝕所用的高溫環(huán)氧玻璃纖維織物材料按原有面積進(jìn)行鋪貼。最后采用熱壓罐固化零件修理區(qū)域。

2.4 修理方法對比分析

對比分析三種修理方法，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)如下：

修理方法一，可以最大限度的減少零件返修面積，減少因修理破壞的零件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且在實(shí)際返修操作過程中較為容易進(jìn)行操作;但是由于大部分鋪層為對接鋪貼，修理完成后零件強(qiáng)度恢復(fù)有限。

修理方法二，修理過程中所有鋪層為搭接鋪貼，修理完成后可以最大限度恢復(fù)原有強(qiáng)度;該修理方法是從靠模面開始，修理完成后對后續(xù)裝配的影響非常小，但按此方法進(jìn)行返修時(shí)，去除的鋪層部分為局部加強(qiáng)層，因其從靠模面開始去除鋪層，恢復(fù)鋪層時(shí)加強(qiáng)層很難精確定位邊界，可能存在破壞設(shè)計(jì)鋪層邊界結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)，并且因其是從零件靠模面開始返修的，會對氣動外形造成輕微的影響。

修理方法三，返修后可以最大限度恢復(fù)返修區(qū)域原有強(qiáng)度。由蒙皮靠袋面進(jìn)行返修，恢復(fù)鋪層的過程可以使用激光投影設(shè)備對恢復(fù)的加強(qiáng)層進(jìn)行準(zhǔn)確定位，不會影響設(shè)計(jì)鋪層邊界結(jié)構(gòu)，但是因需要增加過鋪層對零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，會引起配合面階差，可能對后續(xù)裝配造成影響。

2.5 修理方法確定

修理方法一，修理后蒙皮強(qiáng)度恢復(fù)比使用樹脂進(jìn)行填充、后續(xù)使用樹脂浸潤干纖維進(jìn)行返修的方式要好，但缺陷區(qū)域過大，恢復(fù)的強(qiáng)度遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度需求，故不建議采用修理方法一進(jìn)行修理。

修理方法二，修理過程中操作非常不便，難以實(shí)施，且加強(qiáng)層無法準(zhǔn)確，故不建議采用修理方法二進(jìn)行修理。

修理方法三，操作便利，工藝實(shí)施性強(qiáng)，實(shí)施修理后蒙皮故障部位強(qiáng)度可滿足設(shè)計(jì)需求。對出現(xiàn)的配合面階差，可以修配連接件消除裝配干涉影響。

故選擇修理方法三對蒙皮故障部位進(jìn)行修理。

3 結(jié)語

按照分析及討論確定的修理方法，對復(fù)合材料蒙皮故障部位實(shí)施了返修。復(fù)合材料蒙皮修理后，呈現(xiàn)的修理結(jié)果與分析的結(jié)果一致。復(fù)合材料蒙皮修理后，通過了無損檢測和強(qiáng)度測試，滿足裝機(jī)需求，該蒙皮已安裝于某型飛機(jī)襟翼部件中。復(fù)合材料蒙皮制孔故障的成功修理，為后續(xù)復(fù)合材料蒙皮故障的返修提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫雨辰，馮蘊(yùn)雯.航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理方法.航空制造技術(shù)，2015（20）.

[2]陳紹杰.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理指南[M].北京：航空工業(yè)出版社，2001.

[3]張燁.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的修理性研究.2007中國科協(xié)年會論文集（一）.

[4]王綏安，李想.復(fù)合材料層合板斜切型挖補(bǔ)修理試驗(yàn).哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（5）.

[5]劉佳，陳萍，邱太文，等.復(fù)合材料層壓板挖補(bǔ)修理后的拉伸性能研究.第十四屆中國科協(xié)年會第11分會場：低成本、高性能復(fù)合材料發(fā)展論壇論文集.