復合材料蒙皮制孔錯誤修理方法研究

艾明　房曉斌　劉夢輝

摘 要：本文針對飛機復合材料蒙皮出現(xiàn)的制孔錯誤，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施蒙皮修理。修理后的部位，功能恢復達到使用要求。

關(guān)鍵詞：復合材料;蒙皮;修理方法

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

1 復合材料蒙皮結(jié)構(gòu)形式及故障描述

1.1 結(jié)構(gòu)形式

某型號飛機復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)氧碳纖維預浸織物、高溫環(huán)氧碳纖維預浸單向帶、高溫環(huán)氧樹脂膠膜以及NOMEX蜂窩芯。

1.2 故障描述

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

2 復合材料蒙皮故障修理方法確定與驗證

2.1 修理原則確定

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

2.2 修理材料選擇

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

2.3 修理方法設計

（1）修理方法一。切除復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層預浸料，預浸料采用斜度打磨，每層預浸料打磨尺寸增加13mm。在故障區(qū)域，重新從靠模面鋪貼恢復鋪層，斜度打磨去除的3層預浸料在重新鋪貼恢復時，恢復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)。恢復鋪層后零件靠袋面與靠模面各增加一層過鋪層用于彌補結(jié)構(gòu)強度，過鋪層延伸出恢復的鋪層至少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鋪層，每層恢復的鋪層與原鋪層搭接鋪貼，搭接量最小7.5mm?；謴弯亴雍笤诳磕Ｃ嬖黾右粚舆^鋪層用于彌補結(jié)構(gòu)強度，過鋪層延伸出恢復的鋪層至少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鋪層，每層恢復的鋪層與原鋪層搭接鋪貼，搭接量最小7.5mm?；謴弯亴雍笤诳磕Ｃ嬖黾右粚舆^鋪層用于彌補結(jié)構(gòu)強度，過鋪層延伸出恢復的鋪層至少13mm。零件靠模面恢復高溫環(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)點和缺點如下：

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)強度，并且在實際返修操作過程中較為容易進行操作;但是由于大部分鋪層為對接鋪貼，修理完成后零件強度恢復有限。

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原有強度;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，但按此方法進行返修時，去除的鋪層部分為局部加強層，因其從靠模面開始去除鋪層，恢復鋪層時加強層很難精確定位邊界，可能存在破壞設計鋪層邊界結(jié)構(gòu)的風險，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返修區(qū)域原有強度。由蒙皮靠袋面進行返修，恢復鋪層的過程可以使用激光投影設備對恢復的加強層進行準確定位，不會影響設計鋪層邊界結(jié)構(gòu)，但是因需要增加過鋪層對零件進行結(jié)構(gòu)補強，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，修理后蒙皮強度恢復比使用樹脂進行填充、后續(xù)使用樹脂浸潤干纖維進行返修的方式要好，但缺陷區(qū)域過大，恢復的強度遠不能滿足設計強度需求，故不建議采用修理方法一進行修理。

修理方法二，修理過程中操作非常不便，難以實施，且加強層無法準確，故不建議采用修理方法二進行修理。

修理方法三，操作便利，工藝實施性強，實施修理后蒙皮故障部位強度可滿足設計需求。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行修理。

3 結(jié)語

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

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