徐磊

【摘 要】隨著現(xiàn)代航空業(yè)的飛速發(fā)展，復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用日趨廣泛，與此同時(shí)大量的飛機(jī)也進(jìn)入了維修高峰期。由于飛機(jī)本身的造價(jià)非常昂貴，相應(yīng)地對(duì)飛機(jī)的維護(hù)需用的費(fèi)用也居高不下。在日益競爭的商業(yè)環(huán)境中，飛機(jī)停場造成的經(jīng)濟(jì)損失將是非常巨大的。而修理方法是否便捷經(jīng)濟(jì)，修理效果是否良好，又決定了其能否快速恢復(fù)運(yùn)營，提高飛行安全的重要因素[1]。本文首先簡要介紹了復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用，當(dāng)今復(fù)合材料修理的幾種工藝，然后舉了一個(gè)蜂窩修理的例子來介紹復(fù)合材料修理的相關(guān)步驟。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)；復(fù)合材料；修理；應(yīng)用

1 復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的不同材料、不同形狀、不同性質(zhì)的物質(zhì)復(fù)合形成的新型材料。一般由基體材料和增強(qiáng)材料所組成。復(fù)合材料可經(jīng)設(shè)計(jì)，即通過對(duì)原材料的選擇、各組分分布設(shè)計(jì)和工藝條件的保證等，使原組分材料優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)，因而呈現(xiàn)了出色的綜合性能。

隨著玻璃纖維、凱夫拉、碳纖維等復(fù)合材料的發(fā)展，并且早期復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的使用預(yù)示著復(fù)合材料運(yùn)用的輝煌。在飛機(jī)上翼尖小翼、雷達(dá)罩和尾錐上少量玻璃纖維增強(qiáng)塑料的使用標(biāo)志著飛機(jī)設(shè)計(jì)上復(fù)合材料的重新應(yīng)用。從那時(shí)起復(fù)合材料在這些部件上的成功應(yīng)用導(dǎo)致在每一種新機(jī)型上復(fù)合材料應(yīng)用的增加。波音747使用了超過10000平方英尺表面的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。在過去幾年當(dāng)中先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)運(yùn)用到諸如大翼面板、地板梁等主要結(jié)構(gòu)上[2]。顯而易見對(duì)基本復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)的理解對(duì)航空企業(yè)特別是航空維修企業(yè)是多么重要。

2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)

飛機(jī)復(fù)合材料的修理目的是最大限度的恢復(fù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的完整性和安全性，主要修理的效果如何與多種因素有關(guān)，如修理后的強(qiáng)度、耐久性、氣動(dòng)平滑度、重量、工作溫度、環(huán)境因素等[3]，強(qiáng)度主要考慮恢復(fù)結(jié)構(gòu)的剛度、靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，因此，為了避免修理中出現(xiàn)意外的錯(cuò)誤，必須嚴(yán)格按照一定的操作規(guī)程進(jìn)行，一般的修理程序?yàn)椋?/p>

找出損傷區(qū)域→評(píng)估損傷的程度→損傷應(yīng)力的評(píng)估→修理方案設(shè)計(jì)→修理結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)備→補(bǔ)丁的制造→補(bǔ)丁的安裝→修理后的無損檢測。當(dāng)今復(fù)合材料修理的主要工藝有以下幾種：

2.1 復(fù)合材料的連接和打孔

飛機(jī)復(fù)合材料不同于其他金屬或合金材料，由于自身的特點(diǎn)，在修理時(shí)容易出現(xiàn)下列問題[4]：復(fù)合材料件裝配前的鉆孔困難，容易磨損鉆具，鉆孔附近易出現(xiàn)分層現(xiàn)象；復(fù)合材料與金屬件連接時(shí)，由于電位差較大，容易腐蝕金屬件；復(fù)合材料裝配時(shí)易造成損傷等，基于這種種原因，必須對(duì)打孔和連接工藝做特殊的處理，才能保證復(fù)合材料件的安裝和修理后的使用安全。

2.2 膠結(jié)修理技術(shù)[5]

膠結(jié)修理的應(yīng)用非常廣泛，它的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)致應(yīng)力集中小，增重少。缺點(diǎn)是對(duì)施工環(huán)境要求高，質(zhì)量難以控制，其應(yīng)用主要在下面3個(gè)方面：

1）裝飾性修理。對(duì)僅影響氣動(dòng)外觀的小損傷如小凹坑、劃痕、脫漆等進(jìn)行的修理。

2）注膠修理。小面積脫膠或分層用該種方法修理，方法是鉆一些通往損傷層的小孔作為注膠孔和溢膠孔，將加熱的膠液用注膠槍從注膠孔注入，滲透到損傷層并從溢膠孔流出為止，然后加熱時(shí)膠液固化二完成修理。

3）補(bǔ)強(qiáng)修理。對(duì)豬承力構(gòu)件的較大損傷，要用補(bǔ)強(qiáng)板修理。補(bǔ)強(qiáng)板膠接修理有兩種方法：（1）外補(bǔ)強(qiáng)板修理，主要用于薄的層合板及蜂窩板的修理，用該種方法修理后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可達(dá)原結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度的50%-80%。（2）光滑外表面修理，主要用于較厚板或氣動(dòng)光滑性要求嚴(yán)格部位的修理修理效率高，修理后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可達(dá)原結(jié)構(gòu)材料極限強(qiáng)度的60%-100%。

2.3 鉚接（或螺接）修理技術(shù)

鉚（螺）接修理技術(shù)適用于較厚的整體壁板，常用的補(bǔ)板材料是鋁合金和鈦合金[6]。鋁合金和碳纖維復(fù)合材料接觸時(shí)容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，因此，在用鋁合金修補(bǔ)時(shí)要在鋁合金板和復(fù)合材料之間進(jìn)行隔離，制作隔離層。鈦合金不存在這樣的問題，可以直接用于復(fù)合材料修補(bǔ)。

2.4 微波快速修復(fù)

復(fù)合材料微波修復(fù)技術(shù)是指將微波引入復(fù)合材料修補(bǔ)領(lǐng)域，在修復(fù)區(qū)注入微波吸收劑，以提高修復(fù)區(qū)材料的導(dǎo)電磁率，同時(shí)用特殊設(shè)計(jì)的微波施加器對(duì)修復(fù)區(qū)施加微波能，使之在數(shù)十秒內(nèi)形成新的、更強(qiáng)的界面，見那個(gè)損傷或缺陷修復(fù)[7]。

2.5 光固化預(yù)浸修理技術(shù)

光固化預(yù)浸膠接修理技術(shù)是利用光敏膠固化速度快的特點(diǎn)和適宜的力學(xué)性能，以光敏膠作基體樹脂，用玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，預(yù)先制備成預(yù)浸修理補(bǔ)片，根據(jù)修理對(duì)象的需求，選用合適的修理補(bǔ)片，在紫外光的輻照下迅速固化，以達(dá)到快速修復(fù)飛機(jī)蒙皮表面裂紋、孔洞、腐蝕、灼燒等損傷的方法。

3 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理實(shí)例

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理的一般要求：

a.滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，穩(wěn)定性要求，即恢復(fù)結(jié)構(gòu)的承載能力，在壓剪載荷下不失穩(wěn)。

b.滿足結(jié)構(gòu)剛度要求（包括撓度變開，氣彈特性和載荷分布及傳遞路線等）。

c.滿足耐久性要求（包括疲勞、腐蝕、環(huán)境影響等諸方面）。

d.修理增重小，操縱面等動(dòng)部件滿足質(zhì)量平衡要求。

e.氣動(dòng)外形變化要小，即保證原結(jié)構(gòu)表面光滑完整。

f.修理所用時(shí)間要短，以滿足使用需要。

g.修理費(fèi)用成本要低。

根據(jù)損傷情況，以及可能提供的修理?xiàng)l件（修理經(jīng)驗(yàn)和修理材料、設(shè)備等）選擇最佳的修理方法。

以損傷的蜂窩結(jié)構(gòu)為例，來介紹復(fù)合材料的修理技術(shù)，下面就按照上述步驟來一一介紹：

1）確定損傷區(qū)域，做目視檢查來確定損傷程度；檢測是否有水、油、燃料或者其他有害物質(zhì)進(jìn)入部件，使用X射線檢查方法檢測水是否進(jìn)入部件；檢查部件損傷附近是否存在分層

2）清除損傷，在需要更換蜂窩的修理中，可采用各種不同的手持工具來切除損傷。對(duì)于較大的、形狀多變的損傷，可以選擇特形銑刀、80號(hào)和150號(hào)砂輪以及切割機(jī)等。對(duì)于形狀為圓形的損傷，可以選擇不同外徑的孔鋸。

3）切除損傷，應(yīng)盡量使用導(dǎo)向裝置。切除損傷蒙皮后要修正邊緣，切口形狀為帶圓角的矩形、圓形或橢圓形。要注意切除損傷時(shí)不能損傷完好的纖維鋪層、蜂窩和周圍材料。當(dāng)蜂窩也有損傷時(shí)，按與蒙皮切口相同形狀切除受損蜂窩。切除蜂窩必須超過目視損傷范圍至少0.5in。同時(shí)要避免損傷對(duì)面完好的蒙皮。

4）測量修理區(qū)域切口的深度和直徑，按照測量的深度大0.04in，直徑稍大的尺寸切一個(gè)蜂窩芯塞必須與原來的蜂窩或者蒙皮表面齊平，并且要與周圍蜂窩密切接觸。清潔、干燥蜂窩芯塞

5）在修理蜂窩芯子周圍涂上粘稠劑的膠黏劑。

6）制作浸有樹脂的玻璃纖維布，尺寸與損傷切口相同

7）將玻璃纖維布平鋪在安裝好的蜂窩芯塞上

8）完成蜂窩芯塞安裝之后，對(duì)修理進(jìn)行封裝，為固化芯塞做準(zhǔn)備。需要依次鋪放熱電偶、一層帶孔的隔離膜、一層透氣氈、電熱毯、熱電偶、透氣布、抽真空罐和真空表的接頭座，鋪好后打包真空袋。

9）加溫固化，在完成蜂窩芯子修理之后，需要將熱電偶、電熱毯和抽真空設(shè)備等于熱補(bǔ)儀連接，設(shè)定需要的溫度、溫升率、保溫時(shí)間和降溫速率。

10）檢查和修整，在修理區(qū)域完成固化并拆除封裝材料后，檢查蜂窩芯塞與原蜂窩的粘結(jié)情況，打磨端面，使之形成平整、光滑的表面，并清潔表面。

在修理合格的表面上打磨清潔后恢復(fù)原有漆層，到此復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)修理完成。

4 結(jié)束語

復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用，有了較長的應(yīng)用歷史，其修理技術(shù)也隨之得到了相應(yīng)的發(fā)展，但同材料領(lǐng)域的研究與發(fā)展相比，復(fù)合材料在飛機(jī)上應(yīng)用的種類、數(shù)量卻極其有限，主要還是以碳纖維復(fù)合材料為主，這也就限制了其修理技術(shù)的相對(duì)單一，技術(shù)含量有限，在許多方面還無法滿足飛機(jī)快速高效、高可靠性和安全性的需要[8]。同時(shí)，結(jié)構(gòu)修理是目前阻礙復(fù)合材料進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用的兩個(gè)主要問題之一（另一個(gè)問題是復(fù)合材料成本），如何提高修理水平，降低維修成本是非常重要的問題。針對(duì)不同的損傷需要確定不同的修理方案，在滿足結(jié)構(gòu)修理的要求下如何可以更經(jīng)濟(jì)，快捷高質(zhì)量地完成修理仍是一個(gè)待研究的熱點(diǎn)問題。近年來，隨著國內(nèi)在材料研究與應(yīng)用方面取得的一些重大進(jìn)展，研究機(jī)構(gòu)和隊(duì)伍規(guī)模也在逐漸壯大，但是在復(fù)合材料應(yīng)用及其修理方面的研究和人才培養(yǎng)方面和國外相比略顯不足，特別是民航領(lǐng)域飛機(jī)復(fù)合材料方面的人才培養(yǎng)和研究亟需加強(qiáng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳亞莉.俄羅斯飛機(jī)用復(fù)合材料的發(fā)展[J].航空工程與維修，1999（2）：26-27.

[2]張立.復(fù)合材料飛機(jī)地板[J].航空制造工程，1996（1）：21-22.

[3]楊乃賓.國外復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)用分析現(xiàn)狀[J].航空制造技術(shù)，2002（9）：21-22.

[4]呂建坤.飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的連接技術(shù)[J].航空制造工程，1995（4）：25-28.

[5]呂建坤.飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修理技術(shù)[J].航空工藝技術(shù)，1996（6）：40-42.

[6]文圓.飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理的應(yīng)知應(yīng)會(huì)（I）[J].航空工程與維修，2002（3）：27-28.

[7]許陸文，代永朝，苗勵(lì)剛.飛機(jī)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)傷復(fù)合材料微波快速搶修技術(shù)[J].航空工程與維修，2002（3）：17-21.

[8]李釅.飛機(jī)復(fù)合材料及其修理技術(shù)[Z].

[責(zé)任編輯：湯靜]