通用飞机复合材料结构损伤维修技术

王宇灿

摘要：随着社会的飞速发展，在现代飞机结构中，先进复合材料所占的比重也变得越来越大。现阶段，我国对于大型民用飞机等的研制已经变得越来越深入，这就致使复合材料在飞机结构中的应用變得更加普遍。通过对现有的维修任务进行分析我们可以看出，现在的飞机结构都是十分复杂，这就导致维修任务变得格外繁重，由此我们可以推断出，将来的复合材料飞机结构的维修任务会变得越来越艰难。目前对于复合材料的技术研究，最为重要的方向之一就是复合材料结构的维修与评估技术，在本篇论文中，我们主要对通用飞机复合材料结构损伤的维修技术进行了适当的探讨。

关键词：复合材料；结构；生产；维护；维修技术

一、引言

一般来说，复合材料具有的优点主要有以下几点，即：比刚度较高、比强度较大等等，也正是因为这样的优势，复合材料在飞机主承力结构上的应用变得越来越广泛。但是由于复合材料的抗冲击阻抗等性能都比较低，所以在进行生产或者维护的时候，就会造成结构缺陷和损伤的现象出现，而且这样的现象也是无法避免的，只有在第一时间进行修理，那么生产中部件的报废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复合材料的使用成本，那么就必须提高部件使用的完好率。现在为止，在处理有关维修问题的时候，国外都可以直接通过查询修理手册来进行问题的解决，所以现在的研究方向必须是高速、有效的完成结构修理，由此我们可以看出，复合材料部件维修技术是十分重要的。

二、复材结构的缺陷和损伤形式

根据损伤产生的原因来看，复合材料的结构损伤主要分为以下几种类型：制造缺陷、使用损伤等等。通常情况下，机械损伤或者非机械损伤就是制造缺陷中主要包括的内容，一般在机械加工过程中对制件表面造成划痕、擦伤就是机械损伤，而与机械损伤不同的是，在铺贴的过程中导致制件内部产生过多的孔隙，就是非机械损伤出现的主要原因。其次，在飞机行驶过程中出现鸟撞、碎片冲击等等就是冲击损伤包括的内容。

三、复合材料修理方法

一旦出现复合材料结构缺陷的情况出现，那么我们就必须采取相应的补救措施，常见的修补方法主要有贴补法、挖补法等等。但如果从连接形式上进行划分的话，那么修补方法就可以分为机械连接修理以及胶接修理。在进行修补的过程中，我们必须对复合材料结构修补之后的性能进行综合的考虑。一般情况下，空客以及波音的飞机公司最常采用的修补方法都是贴补法、挖补法等，对于那些承传载较为重要的部分，在采用相关修补方法的时候，我们在其基础上对局部加上机械螺栓，这样一来，紧固连接就能完美的实现。

（一）胶接修理

与机械修理相比，结构增重较小、修理时间较短、效率高等就是胶接修理的主要优势，具体的修理方法主要包括贴补法以及挖补法等。

1、贴补法

在采用贴补法这种维修方法时，主要的内容就是将修补的材料以贴片的形式贴在结构上面，以此帮助其强度以及刚度的恢复。通常复合材料以及金属材料都属于贴片材料所包含的范围内，但如果在进行复合材料结构的修补时，那么就只能采用金属材料，另外，修补金属结构的同时不能采用复合材料。贴片形式一般属于固化好的层合板，但除此之外，它也是未固化的预浸料，可以与修补结构一起完成共固化。现阶段，一些曲率较小而且对气动表面要求不是很高的零部件在进行修理时，就可以采取贴补法。由于贴补法的补片制作起来十分的简单，并且在施工的过程中十分的方便，这就使得它的应用范围变得越来越广泛。但是有一点需要注意的是，为了避免修补失效等问题的出现，在进行修补的过程中，补片的端部必须与修理结构的贴合角度保持一致，这样一来，修补失效问题的出现率就会大大降低。

2、挖补法

当破损结构想要进行清除的时候，那么就可以采用挖补法。把破损的结构清除完毕之后，之后才可以采用新材料进行修补。而新材料填补又可以分为斜接法以及阶梯法，一般这两种方法的效果都是差不多的。与贴补法进行比较我们可以发现，这种方法的适用性更为广泛，而且效果也比较明显，但是工艺却十分复杂，不管是对设备的要求还是人员的要求都非常的高。

要想将破损结构的某一角度挖成倾斜的表面，那么就可以使用斜接法，当破损结构的某个角度挖成倾斜表面之后，那么就可以在斜面上进行新材料的填补，这就是斜接法当中的主要内容。在使用斜接法的过程中，最好选用厚度较大的层压板修补，这样在进行斜挖角度的时候就不会出现问题，同时胶接面的分布也会变得十分均匀，这样一来应力集中的问题就不会出现。由此我们可以看出，这样修补方法的效果非常的优良，而且修补完成之后，结构表面也会变得非常的光滑。但是该方法也存在一定的不足，那就是修补施工较为困难，如果需要外场快速维修的时候，这种方法就无法满足相应的要求。

将结构破损部位当中的某一阶段进行加工，使其成为阶梯状，之后再进行新材料的填补，这就是阶梯法的主要内容。但是与前几个方法相比，这种方法的斜接法难度系数较大，而且对工艺要求非常的高，要想顺利完成，那么就必须借助专业的工具。虽然该方法操作起来比较困难，可是修补完成之后，结构性能会变得更好。在采用阶梯法这种维修方法的时候，有一点必须注意的是，台阶的宽度需要进行较为精准的控制，这一点也是阶梯法的关键，所以在进行修理的时候，往往都是从最上面的一层开始，并且以12.5mm的宽度作为台阶，从上开始修理，一直到最下面的那一层，当最内层的损伤铺层完成之后，修理工作也就完成了。

3、注射树脂法

通常在修理复合材料小面积的脱胶以及分层的时候，我们就可以采用注射树脂法。但是这种方法能否奏效，主要取决于缺陷是在制造过程中产生的还是使用过程中出现的损伤。如果是由于局部胶接压力不够造成的缺陷，那么就必须去除其表面的污染层，这样才能在一定程度上保障胶接的强度。如果污染的是内表面，修理起来就会非常的困难，而且修理之后的结果也不会十分的理想。但是与上述内容不同的是，如果损伤是在使用过程中造成的，其表面还没有受到相应的污染，也没有吸收水分，那么胶接就可以有效的进行。可是这种方法需要在结构上对注胶孔以及出胶孔进行合理的布置，空的深度必须达到缺陷所在的位置，这样一来才可以保障树脂成功注射到孔隙当中。但是采用这种方法有一个好处，那就是不用对材料进行去除，只要在分层区与注入树脂，让树脂和纤维固化粘合就可以了。

（二）机械连接修理

一般来说，利用紧固件将补片和被修理的结构采用螺钉连接在一起的方法就是机械连接修理的主要内容。通过适当的分析我们可以看出，这种修理方法操作起来十分的简单，而且不需要应用那些辅助的温控设备，所以在进行外场飞机修理的时候，我们通常采用的都是这种方法。

虽然复合材料的机械连接修理的工艺非常的简单，但是修理过程中却会出现很多的问题，比如：金属连接件会破坏结构的主体、引起应力集中现象等等。严重情况下还会导致连接件和复合材料之间配合控制的损伤，从而引起增重效应。

结束语：

综上所述我们可以看出，现阶段我国设计出来并且投入使用的通用飞机已经多达数百辆，其中绝大多数的飞机型号采用的结构都是复合材料结构。而且随着社会的不断发展，我国低空空域也渐渐开放，这样一来，通用飞机的市场就会变得越来越广阔，这就会在一定程度上增加通用飞机的数量，同时复合材料的用量也会不断上升。通常情况下，复合材料的检测与修理技术与通用飞机的成本制造和持续安全有着十分紧密的联系，只有加强复合材料结构的修理，那么通用飞机的持续安全才能得到保障，从而提升其核心支撑技术，加强市场竞争力。

参考文献：

[1]蔡禹舜，朱昊. 基于损伤容限评定的飞机复合材料结构维修策略研究[J]. 航空维修与工程，2016，（09）：44-47.

[2]龚伟明. 通用飞机复合材料结构损伤维修技术[J]. 广东科技，2016，（11）：104-105.

[3]李俊磊. 基于激光表面处理的民机复合材料结构胶结修理研究[D].中国民用航空飞行学院，2016.

[4]刘萱. 民机复合材料结构分层损伤修理容限评估[D].中国民航大学，2016.

[5]杨文锋. 通用航空复合材料维修及适航验证的进展及探讨[J]. 玻璃钢/复合材料，2014，（05）：87-91.

[6]宁小波. 声发射技术在复合材料损伤检测中的应用研究[D].中国民用航空飞行学院，2014.