曹雷
【摘 要】本文主要針對(duì)軍用飛機(jī)中復(fù)合材料的使用情況展開(kāi)探討,并且對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。主要是對(duì)當(dāng)前軍用飛機(jī)先進(jìn)符合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的探討,提出在此過(guò)程中電子束固化所起到的重要作用,同時(shí)還就電子束固化各方面進(jìn)行詳細(xì)的分析及探討,對(duì)其在軍用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理中的具體應(yīng)用進(jìn)行探討。
【關(guān)鍵詞】電子束固化;軍機(jī);先進(jìn)復(fù)合材料;結(jié)構(gòu);修理;應(yīng)用探討
近年來(lái),我國(guó)軍用飛機(jī)飛行器的材料選擇已經(jīng)逐漸選用先進(jìn)的復(fù)合材料,在修理技術(shù)研究方面的力度也越來(lái)越強(qiáng)。飛機(jī)復(fù)合材料維修的主要目的就是使得軍用飛機(jī)能夠恢復(fù)到最佳的使用功能,在維修過(guò)程中最重要的維修項(xiàng)目就是對(duì)軍用飛機(jī)力學(xué)性能的維修。目前,我們已經(jīng)掌握的復(fù)合材料維修技術(shù)中固化所起到的作用最大。近年來(lái),電子束固化得到顯著的發(fā)展,其技術(shù)已經(jīng)能夠成為軍用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)維修的關(guān)鍵技術(shù)。
1 飛機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀
以高性能樹(shù)脂為基體、高性能纖維等為增強(qiáng)材料并通過(guò)一定的復(fù)合工藝所制成材料稱(chēng)為先進(jìn)復(fù)合材料。在發(fā)展歷程上,它發(fā)祥于20世紀(jì)70年代,直接迎合了航空、航天和國(guó)防等尖端技術(shù)領(lǐng)域的需求,到今天為止,先進(jìn)復(fù)合材料仍然對(duì)武器裝備的現(xiàn)代化起著十分關(guān)鍵的支撐作用,并且這種作用在航空業(yè)今后的發(fā)展中會(huì)更加突出。飛行器采用復(fù)合材料的根本原因是減輕質(zhì)量,提升飛行器的性能。但是,到目前為止,這一預(yù)言并沒(méi)有按照預(yù)期實(shí)現(xiàn),究其根本原因就是復(fù)合材料構(gòu)件在成本上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁合金構(gòu)件。然而對(duì)于軍用飛機(jī)來(lái)說(shuō),首要的考慮因素是其生存力及其作戰(zhàn)性能,而不是制造成本。因此隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,更多以及更優(yōu)異的先進(jìn)復(fù)合材料不斷地被研制出來(lái),并且不斷地在軍用飛機(jī)上得以最先應(yīng)用,從而使軍機(jī)的各項(xiàng)性能進(jìn)一步優(yōu)化和提升。因此隨著復(fù)合材料在軍用飛機(jī)上使用量的不斷增加,對(duì)這些材料在制造和使用過(guò)程中出現(xiàn)的損傷進(jìn)行有效的維護(hù)、修理已引起人們的廣泛關(guān)注。
2 先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理
由于飛機(jī)先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)零件的制備和成型過(guò)程是同時(shí)完成的,因此在材料制備過(guò)程中的缺陷及復(fù)合材料在不當(dāng)使用和環(huán)境適應(yīng)性出現(xiàn)問(wèn)題等可能會(huì)形成腐蝕、脫粘、表面鼓起等損傷。另外,復(fù)合材料脆性較大,在載荷過(guò)大或較小的沖擊載荷作用下均容易使其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破損,從而對(duì)其剛度和強(qiáng)度具有一定的影響。因此,即使復(fù)合材料用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn),但是我們必須要積極發(fā)展其結(jié)構(gòu)修理技術(shù),從而可以為復(fù)合材料的進(jìn)一步深入以及廣泛應(yīng)用提供保證。
就復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理方面來(lái)講,該結(jié)構(gòu)修理主要從壽命預(yù)測(cè)及損傷控制、修理技術(shù)、新型固化方式及質(zhì)量評(píng)估四個(gè)方面來(lái)進(jìn)行,并且對(duì)每個(gè)方面都進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。
壽命預(yù)測(cè)及損傷控制就是對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料進(jìn)行部位評(píng)估,找出容易出現(xiàn)故障的部位,然后對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,這樣能夠在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的處理。修理技術(shù)研究主要就是對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理進(jìn)行分析,其中包括各項(xiàng)具體的技術(shù),對(duì)每項(xiàng)技術(shù)都記性深刻的研究。質(zhì)量評(píng)估主要指的是對(duì)已經(jīng)修理完成的結(jié)構(gòu)和零部件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),測(cè)定其質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。
在修理區(qū)域進(jìn)行軍用飛機(jī)維修和保養(yǎng)的過(guò)程中,會(huì)受到多種因素的影響,尤其是在材料溫度控制方面,要求要讓材料處于低溫狀態(tài)下才能夠進(jìn)行固化,并且固化之后不需要對(duì)其進(jìn)行任何的處理。這是由于要想達(dá)到固化的標(biāo)準(zhǔn)就必須處于低溫、壓力小的環(huán)境下進(jìn)行,所以說(shuō),在對(duì)軍用飛機(jī)復(fù)合材料進(jìn)行修理過(guò)程中不能使用熱壓罐的方式,必須要研究出低溫低壓的固化方法。從目前情況來(lái)看,飛機(jī)復(fù)合材料在生產(chǎn)和修理過(guò)程中具備很多的固化方式,在這些方式中最為突出的就是電子束固化,其目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于軍用飛機(jī)先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理過(guò)程中。所以,電子束固化應(yīng)用于軍用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理中是最佳的方式。
3 電子束固化修理
電子束固化技術(shù)是近年來(lái)興起的固化技術(shù),其主要原理是利用電子束照射的形式來(lái)對(duì)想要固化的部分進(jìn)行固化,使得先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)生一系列的反應(yīng),最終完成材料固化。
3.1 電子束固化技術(shù)的特點(diǎn)
電子束固化技術(shù)與傳統(tǒng)固化方式相比具有很大的優(yōu)勢(shì),電子束固化技術(shù)對(duì)熱量沒(méi)有較高的要求,其是近幾年興起的新型固化技術(shù)。其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn):第一點(diǎn),對(duì)溫度沒(méi)有較高的要求;第二點(diǎn),固化時(shí)間比傳統(tǒng)固化技術(shù)時(shí)間要短;第三點(diǎn),在固化零件上沒(méi)有過(guò)多的限制;第四點(diǎn),能夠?qū)⑿枰袒瘏^(qū)域和不需要固化的區(qū)域精準(zhǔn)的區(qū)分開(kāi),能夠有效避免材料受到多余的固化;第五點(diǎn),電子束固化能夠?qū)Υ娣哦嗄甑臉?shù)脂進(jìn)行固化;第六點(diǎn),電子束固化不會(huì)產(chǎn)生污染物質(zhì)。
3.2 電子束固化設(shè)備
電子束固化設(shè)備的應(yīng)用過(guò)程以及固化過(guò)程都已經(jīng)被記錄在多種專(zhuān)業(yè)書(shū)籍當(dāng)中,在書(shū)籍中對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析和記錄,本文對(duì)此不做過(guò)深的探討。與傳統(tǒng)熱壓罐固化方式相比來(lái)講,電子束固化在各個(gè)方面都優(yōu)于熱壓罐固化,并且在固化過(guò)程中產(chǎn)生的成本也較低,其固化過(guò)程中所需的電子加速器價(jià)格也有比較優(yōu)勢(shì)。
3.3 適用于電子束固化方式的修理材料
電子束固化方式的修理材料主要是應(yīng)用于樹(shù)脂當(dāng)中,主要被分為兩大類(lèi),第一類(lèi)是丙烯酸酯類(lèi),但是這種類(lèi)別在被固化之后物理方面的性能較弱。所以說(shuō)在軍用飛機(jī)復(fù)合材料休息過(guò)程中很少運(yùn)用這類(lèi)樹(shù)脂。第二類(lèi)是環(huán)氧樹(shù)脂,這類(lèi)樹(shù)脂在各個(gè)方面都具有很高的優(yōu)勢(shì),所以說(shuō)這類(lèi)樹(shù)脂在軍用飛機(jī)先進(jìn)符合材料結(jié)構(gòu)修理過(guò)程中經(jīng)常被用到。
3.4 電子束固化技術(shù)應(yīng)用
軍用飛機(jī)在修理過(guò)程中更加看重修理時(shí)間,修理時(shí)間關(guān)乎戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù),只要修理時(shí)間短,成本多少不是關(guān)鍵。這時(shí)因?yàn)轱w機(jī)如果修理時(shí)間過(guò)長(zhǎng),那么其戰(zhàn)斗力就會(huì)急劇下降,最終造成嚴(yán)重的損失。
國(guó)外一些國(guó)家已經(jīng)對(duì)電子束固化技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析和探討,美國(guó)、加拿大等部分民用航空公司在很早之前就已經(jīng)應(yīng)用電子束固化技術(shù),到目前為止,這種技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用,尤其是在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇整流裝置修理過(guò)程中,其運(yùn)用的電子束固化材料主要是:1L0:耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂和1L0:耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂。這兩種樹(shù)脂都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的審核才進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用的,并且已經(jīng)取得顯著的成效。
4 結(jié)語(yǔ)
電子束固化技術(shù)是目前為止最被看好和關(guān)注的技術(shù),已經(jīng)地到多個(gè)國(guó)家的高度重視。然而,在軍用飛機(jī)先進(jìn)符合材料結(jié)構(gòu)修理過(guò)程中運(yùn)用電子束固化技術(shù)還存在很多急待解決的問(wèn)題,這些問(wèn)題主要包括:相對(duì)于傳統(tǒng)固化方式,電子束固化技術(shù)對(duì)于樹(shù)脂的要求較高,適用于軍用飛機(jī)的樹(shù)脂目前品種較少;缺乏外場(chǎng)修理可用的高能量電子加速器等,只要能克服上述不利因素,快速、高效的修復(fù)飛機(jī)復(fù)合材料也就能順利實(shí)施。
【參考文獻(xiàn)】
[1]宋恩鵬,曹奇凱,趙清華,等.軍機(jī)DFR方法在鈦合金電子束橫焊縫結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用驗(yàn)證[J]. 應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào), 2014(5):715-720.
[2]黃偉,張宗軍,蘇宏,等.電子束CT增強(qiáng)雙期掃描和血管重建對(duì)Budd-Chiari綜合征的評(píng)價(jià)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2003,19(8):1005-1007.
[3]況軍,李剛,相珺,等.AZ31鎂合金表面強(qiáng)流脈沖電子束鋁合金化研究[J].特種鑄造及有色合金,2009,29(11):1064-1067.
[4]范湘軍,王仁卉,彭友貴.加速器——電子顯微鏡聯(lián)機(jī)及其在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用[J].原子核物理評(píng)論,1991,8(1):30-34.endprint