無(wú)人機(jī)機(jī)體損傷搶修方法研究

無(wú)人機(jī)機(jī)體損傷因素

損傷因素可分為外部因素和內(nèi)部因素。

外部因素包括兩種。一是物理因素，例如風(fēng)力、氣壓、氣溫、地貌等自然環(huán)境因素，以及機(jī)械沖擊、碰撞等人為因素；二是化學(xué)因素，如化學(xué)污染物、氣體等物質(zhì)與機(jī)體之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

內(nèi)部因素包括三種。一是材料化學(xué)成分、物理性質(zhì)、材料加工工藝等因素；二是不合理的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)等因素；三是使用不當(dāng)、維護(hù)不當(dāng)、超負(fù)荷使用等因素。根據(jù)損傷特點(diǎn)、損傷因素，無(wú)人機(jī)使用單位應(yīng)采取有針對(duì)性的措施預(yù)防無(wú)人機(jī)機(jī)體損傷，并及時(shí)維修損傷部件。

無(wú)人機(jī)機(jī)體損傷類型

無(wú)人機(jī)機(jī)體損傷可分為沖擊損傷、空中過(guò)載導(dǎo)致的損傷、振動(dòng)過(guò)大造成的損傷等直接損傷，以及腐蝕造成的損傷、物理作用導(dǎo)致的損傷、鳥(niǎo)類撞擊導(dǎo)致的損傷等間接損傷。

直接損傷

1.沖擊損傷

這是一種常見(jiàn)的損傷，通常由機(jī)體與其他物體發(fā)生碰撞而引起。沖擊對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)體的影響較為復(fù)雜，可能導(dǎo)致機(jī)體部件變形、裂紋、斷裂等損傷，沖擊載荷對(duì)機(jī)體產(chǎn)生很大的力，從而影響機(jī)體的性能和安全性。機(jī)體損傷程度與沖擊形式、沖擊持續(xù)的時(shí)間、機(jī)體受到的沖擊力大小等因素有關(guān)。比如，無(wú)人機(jī)采用傘降方式降落時(shí)，不可控影響因素較多，并且降落具有隨機(jī)性，機(jī)身、機(jī)翼、尾翼等機(jī)體部件均可能受到?jīng)_擊而損傷。當(dāng)無(wú)人機(jī)機(jī)體受到的沖擊載荷小于設(shè)計(jì)載荷時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的損傷，一般滑橇和機(jī)身蒙皮只有擦傷，外翼、尾撐頂端、環(huán)框受損，隔框、翼肋等部件發(fā)生局部變形、破裂等損傷。當(dāng)無(wú)人機(jī)機(jī)體受到的沖擊力大于或等于設(shè)計(jì)沖擊力時(shí)，除了上述損傷外，機(jī)身大梁會(huì)開(kāi)膠，甚至可能斷裂。

2.空中過(guò)載導(dǎo)致的損傷

技術(shù)人員設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)時(shí)，僅考慮大多數(shù)部件在一個(gè)很窄的加速力帶中工作。加速力帶是一個(gè)工作范圍，當(dāng)無(wú)人機(jī)加速度在這個(gè)工作范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，所有部件都可以正常工作，當(dāng)加速度超出加速力帶時(shí)，一些部件就不能正常工作。過(guò)大的加速度會(huì)對(duì)部件產(chǎn)生很大的危害，造成無(wú)人機(jī)機(jī)械故障、振動(dòng)隔離器特性變化、變形零部件功能異常等后果，并危害飛行安全。

3.振動(dòng)過(guò)大造成的損傷

過(guò)大的振動(dòng)可造成敏感電器、電子與機(jī)械器件等組件性能下降和功能異常，靜、動(dòng)部件機(jī)械損傷，旋轉(zhuǎn)件過(guò)度磨損等。

間接損傷

間接損傷包括金屬材料腐蝕、復(fù)合材料退化等損傷。

1.金屬材料腐蝕

機(jī)體金屬部件長(zhǎng)期暴露在潮濕或者酸性環(huán)境中會(huì)發(fā)生腐蝕，腐蝕會(huì)導(dǎo)致金屬部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度下降，從而影響機(jī)體性能和安全性。

2.復(fù)合材料退化

復(fù)合材料相較金屬材料具有更好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，但也存在一些不足。受雨、雪、霜降、沙塵等天氣，日曬、潮濕環(huán)境、低溫環(huán)境、高溫環(huán)境等因素的影響，復(fù)合材料會(huì)發(fā)生退化，出現(xiàn)分層、脫膠、龜裂等損傷。

無(wú)人機(jī)損傷評(píng)估

無(wú)人機(jī)損傷評(píng)估是指對(duì)無(wú)人機(jī)損傷程度、維修所需時(shí)間、資源和維修工作、維修后的部件性能等要素做出評(píng)價(jià)。因此，損傷評(píng)估是搶修的前提和必要條件，也是搶修過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

損傷評(píng)估工作

無(wú)人機(jī)使用單位的評(píng)估員和工程師承擔(dān)無(wú)人機(jī)損傷評(píng)估。

1.評(píng)估員工作職責(zé)

根據(jù)損傷搶修技術(shù)規(guī)定，評(píng)估員根據(jù)無(wú)人機(jī)損傷搶修技術(shù)規(guī)定鑒定損傷程度，決定損傷部件是及時(shí)維修還是延遲維修，估算維修時(shí)間，按規(guī)定完成維修工作，對(duì)維修后的無(wú)人機(jī)部件性能進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)將評(píng)估結(jié)果向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和工程師匯報(bào)等。

2.工程師工作職責(zé)

工程師主要對(duì)超出損傷搶修技術(shù)規(guī)定的損傷問(wèn)題做出判斷和處理。

損傷評(píng)估流程

無(wú)人機(jī)損傷評(píng)估是一個(gè)復(fù)雜的決策過(guò)程，其基本程序和主要內(nèi)容歸納如下。

1.信息收集，損傷原因查找

評(píng)估員首先應(yīng)找到無(wú)人機(jī)部件發(fā)生損傷的原因，例如外部因素、內(nèi)部因素等；第二，確定無(wú)人機(jī)任務(wù)所允許的維修時(shí)間；第三，評(píng)估人力、物力和技術(shù)條件等現(xiàn)有維修能力。

2.損傷檢測(cè)，損傷范圍確定

對(duì)于超出損傷搶修技術(shù)規(guī)定的機(jī)體損傷，工程師首先根據(jù)機(jī)體外觀損傷情況和有關(guān)信息，判斷損傷程度；然后有針對(duì)性地檢查和選用相應(yīng)的手段對(duì)損傷進(jìn)行檢測(cè)；最后記錄損傷情況，標(biāo)記所有損傷部位。

損傷檢測(cè)方法

損傷評(píng)估主要采用目視檢測(cè)、按壓檢測(cè)和儀器檢測(cè)等方法。

目視檢測(cè)是最基本的損傷檢測(cè)方法，它能發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料脫膠、裂紋、豁邊、凹坑等可見(jiàn)損傷部位。針對(duì)不同的環(huán)境條件，目視檢測(cè)的要求也不同，受視力局限性的影響，損傷檢測(cè)人員需要借助手電筒、放大鏡、反光鏡、內(nèi)窺鏡等工具檢測(cè)損傷部件。

按壓檢測(cè)是檢測(cè)人員用手輕微地按壓損傷部位，通過(guò)觸感判斷部件的損傷程度。有時(shí)，目視檢測(cè)無(wú)法找到某些損壞部位，但按壓檢測(cè)卻能發(fā)現(xiàn)，彌補(bǔ)了目視檢測(cè)方法的局限性。

儀器檢測(cè)是檢測(cè)人員使用各種儀器設(shè)備對(duì)損傷部件進(jìn)行測(cè)試、分析和評(píng)估的過(guò)程。儀器檢測(cè)可以幫助檢測(cè)人員更好地了解和掌握損傷情況。常用的儀器檢測(cè)設(shè)備包括無(wú)損檢測(cè)儀、質(zhì)量檢測(cè)儀和分析儀器等。

無(wú)人機(jī)機(jī)體損傷搶修方法

無(wú)人機(jī)機(jī)體損傷搶修是指無(wú)人機(jī)機(jī)體受損后，機(jī)務(wù)人員采取應(yīng)急措施對(duì)受損的機(jī)體進(jìn)行維修，以盡快恢復(fù)無(wú)人機(jī)的正常運(yùn)行。機(jī)體主要采用鋁合金和復(fù)合材料制成，復(fù)合材料部件損傷搶修主要包括樹(shù)脂注射法、填充和灌注法、膠接補(bǔ)強(qiáng)板法等方法；鋁合金部件損傷搶修主要有表面修復(fù)法、部件更換法等快速維修方法。

復(fù)合材料部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

層壓板部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

層壓板由多層不同鋪設(shè)方向的碳纖維、玻璃纖維等纖維增強(qiáng)材料和環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂等基體材料交替疊加構(gòu)成。每一層纖維鋪設(shè)方向與相鄰層不同，因此層壓板力學(xué)性能表現(xiàn)出明顯的各向異性。沿纖維方向的材料強(qiáng)度和剛度通常遠(yuǎn)高于垂直于纖維方向的材料強(qiáng)度和剛度。相鄰兩層纖維通過(guò)基體材料相互黏結(jié)在一起，共同承擔(dān)載荷。層間的剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度直接影響整體結(jié)構(gòu)的完整性。在多軸加載條件下，層壓板內(nèi)部的應(yīng)力分布可能非常復(fù)雜，并且不同層之間的應(yīng)力可能存在顯著差異。

夾心結(jié)構(gòu)部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

夾心結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由上下兩塊薄面板和黏結(jié)在兩塊面板中間的蜂窩夾層組成。面板材料可使用復(fù)合材料或木質(zhì)材料。復(fù)合材料使用未預(yù)浸或預(yù)浸玻璃纖維布、預(yù)浸單向碳纖維布、芳綸有機(jī)纖維布等料材制成。木質(zhì)材料包括層板、輕木等。

上下兩塊面板承受軸向彎曲和面內(nèi)剪切載荷。蜂窩夾層具有抗彎性能強(qiáng)、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。當(dāng)壓縮載荷作用于蜂窩夾層時(shí)，蜂窩壁面首先承受力，然后力通過(guò)蜂窩壁面?zhèn)鬟f至整個(gè)蜂窩夾層。

木質(zhì)層板是一種由多層木材膠合而成的板材。相鄰層的木材纖維相互垂直，木質(zhì)層板具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，不易變形，能夠承受較大的壓力和載荷。

復(fù)合材料部件損傷搶修要求

維修機(jī)組必須按照要求快速修復(fù)復(fù)合材料部件損傷。無(wú)人機(jī)復(fù)合材料部件損傷搶修一般應(yīng)滿足五點(diǎn)要求。

一是部件經(jīng)過(guò)維修后，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度應(yīng)盡可能恢復(fù)到使用條件下的設(shè)計(jì)許用值。

二是部件使用功能應(yīng)得到恢復(fù)，或者使用功能的降低盡可能小。

三是部件經(jīng)維修后，重量增加量應(yīng)最小。被維修后的無(wú)人機(jī)舵面要滿足氣動(dòng)平衡要求。

四是在維修過(guò)程中，維修人員不要過(guò)于增大損傷面積。

五是維修時(shí)間應(yīng)盡可能短，維修工具、設(shè)備要最簡(jiǎn)單，數(shù)量要少。

復(fù)合材料部件損傷搶修方法

樹(shù)脂注射法

樹(shù)脂注射法可修理復(fù)合材料部件由碰撞導(dǎo)致的小面積脫膠和分層。

首先，維修人員選用合適的無(wú)損檢測(cè)方法，確定分層開(kāi)膠損傷的范圍，并用標(biāo)記筆畫(huà)出損傷區(qū)域。

第二，用酒精清理分層開(kāi)膠部位，在距分層內(nèi)側(cè)邊緣5mm處，鉆出兩個(gè)通入分層的小孔。

第三，按照規(guī)定，在選用的環(huán)氧樹(shù)脂膠中加入固化劑，并將這兩種物料攪拌均勻。

第四，利用注射器或注膠槍從一個(gè)小孔向分層內(nèi)部注射環(huán)氧樹(shù)脂膠，直到樹(shù)脂膠從另一個(gè)小孔流出為止。

第五，為防止注入到分層中的樹(shù)脂膠流出，當(dāng)注膠完成后，維修人員用膠帶暫時(shí)密封小孔，并用夾具或采取抽真空的方法將修補(bǔ)部位進(jìn)行加壓固化，待樹(shù)脂固化后，對(duì)部件進(jìn)行打磨修飾。

樹(shù)脂注射法主要用于層壓板復(fù)合材料部件和夾心結(jié)構(gòu)復(fù)合材料部件的小面積損傷維修。此方法不能完全恢復(fù)損傷前的材料強(qiáng)度，僅供臨時(shí)性維修使用。

填充和灌注法

維修人員向損傷區(qū)灌注填充物料，恢復(fù)或者部分恢復(fù)損傷部件的強(qiáng)度和外形的方法稱為填充和灌注法。此方法主要用于復(fù)合材料部件表面小凹坑和小孔洞修理。

首先，維修人員使用粗砂紙對(duì)損傷區(qū)域進(jìn)行粗打磨。

第二，根據(jù)機(jī)體部位，選用粗砂紙或細(xì)砂紙，對(duì)損傷部位進(jìn)行打磨。打磨區(qū)域應(yīng)大于損傷區(qū)域，打磨操作不得破壞未損壞的纖維層。

第三，擦洗打磨區(qū)域，去掉油污、灰塵，迅速干燥打磨區(qū)域，再用環(huán)氧樹(shù)脂混合機(jī)填平凹坑，樹(shù)脂膠可略微高出凹坑周圍的表面。

第四，待樹(shù)脂膠固化后，用細(xì)砂紙打磨固化樹(shù)脂膠，并把凹坑周圍外表面打磨至基本順滑無(wú)缺陷，重新將維修區(qū)域清洗干凈并晾干。

第五，把一層玻璃纖維布貼在打磨區(qū)域，玻璃布要超出樹(shù)脂填充區(qū)。

最后，將部件加壓固化，待部件完成固化，維修人員才能再維修部件。

膠接補(bǔ)強(qiáng)板法

膠接補(bǔ)強(qiáng)板法是新材料制成的補(bǔ)強(qiáng)板黏結(jié)在部件損傷部位，使損傷部件中遭到破壞的載荷傳遞路徑得以重新恢復(fù)。復(fù)合材料板、鋁合金板均可作為補(bǔ)強(qiáng)板。需要注意的是，復(fù)合材料板膠接補(bǔ)強(qiáng)具體操作、參數(shù)選擇受多種因素的影響。因此，在實(shí)際維修中，維修人員可根據(jù)部件受力特點(diǎn)、維修技術(shù)要求來(lái)確定補(bǔ)強(qiáng)板黏結(jié)形式。

鋁合金部件的特點(diǎn)

鋁合金密度低、強(qiáng)度高、塑性強(qiáng)，易加工成各種板材。經(jīng)過(guò)熱處理后，擁有良好的機(jī)械性能、物理性能與耐腐蝕性能。鋁合金制成的部件廣泛應(yīng)用于航天、航空領(lǐng)域。

鋁合金部件損傷搶修要求

無(wú)人機(jī)鋁合金部件損傷搶修需滿足以下五點(diǎn)要求。

一是鋁合金部件在加熱時(shí)容易產(chǎn)生裂紋。因此，鋁合金部件維修應(yīng)避免過(guò)度加熱。

二是鋁合金板材比鋼板軟。因此，維修人員使用手頂鐵時(shí)，需要使用木錘或塑料錘進(jìn)行虛敲。這與鋼板維修方法基本相同。

三是鋁合金部件在加熱后容易收縮。因此，鋁合金部件在維修后需要進(jìn)行縮火操作，以確保維修后的部位表面與未損傷部位表面保持平齊，且材料強(qiáng)度不變。

四是鋁合金部件局部的拉伸性較差，部件容易產(chǎn)生裂紋。因此，鋁合金部件維修需要避免過(guò)度拉伸。

五是鋁合金部件在受到嚴(yán)重?fù)p傷后需要更新，而不再維修。在更換新件時(shí)，機(jī)務(wù)人員應(yīng)選用合適的鋁合金制成的部件，以確保更新部件滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。

鋁合金部件損傷搶修方法

表面修復(fù)法

研磨機(jī)或研磨膏可以修復(fù)鋁合金部件表面的銹蝕、劃痕、磨損、凹坑等損傷。首先，維修人員將銹蝕、劃痕、磨損、凹坑清潔干凈；二是使用砂紙將銹蝕、劃痕、磨損、凹坑處的鋁合金表面磨平；三是使用研磨膏研磨損壞部位，使損壞部位表面變平整光滑；四是在損壞部位涂上防銹漆。

部件更換法

如果無(wú)人機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，受到嚴(yán)重破壞而無(wú)法修復(fù)的鋁合金部件應(yīng)該更換新件，以便快速恢復(fù)原有功能。

幾點(diǎn)建議

一是在搶修過(guò)程中，評(píng)估員需要準(zhǔn)確評(píng)估裝備的損傷程度，確定部件維修的優(yōu)先級(jí)次序。因此，完善的評(píng)估組織建立尤為重要。

二是根據(jù)裝備的不同損傷程度和功能需求，機(jī)組需設(shè)計(jì)分類搶修策略。輕度損傷的裝備可以采用現(xiàn)場(chǎng)維修或更換零部件；重度損傷的裝備需要后方維修，或者整個(gè)裝備更新。因此，無(wú)人機(jī)使用單位需要建立完善的維修保障體系。

三是為了提高搶修效率，確保裝備維修所需的零部件、設(shè)備和技術(shù)支持能夠及時(shí)到位，無(wú)人機(jī)使用單位應(yīng)建立包括穩(wěn)定的供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)、必需物資儲(chǔ)備、完善庫(kù)存管理在內(nèi)的高效供應(yīng)鏈保障系統(tǒng)。

四是損傷搶修方法研究需要緊跟科技創(chuàng)新的步伐，維修部門(mén)應(yīng)不斷引進(jìn)先進(jìn)的維修技術(shù)和設(shè)備。同時(shí)，開(kāi)展培訓(xùn)，提高維修人員的維修技能和靈活運(yùn)用能力。

小結(jié)

在機(jī)體損傷搶修過(guò)程中，機(jī)組應(yīng)根據(jù)具體損傷情況，確定損傷類型，采取合理的搶修方法開(kāi)展維修，確保無(wú)人機(jī)快速有效地恢復(fù)機(jī)體功能，提高搶修效率，降低搶修成本，增強(qiáng)無(wú)人機(jī)持續(xù)運(yùn)營(yíng)能力。同時(shí)，開(kāi)展無(wú)人機(jī)相關(guān)損傷搶修研究，優(yōu)化搶修方案和方法，為提升無(wú)人機(jī)維修水平奠定良好基礎(chǔ)。