飞机复合材料修理
民航飞机复合材料修理
前宫 随着 当今世 界复合 材料 生产技 术的 日渐 成 熟， 复合材 料制 件成本 已从 上世 纪 ９ 年 代初 的 １０ Ｏ ｉ０美元 ／ 克下 降到 ３０美元 ／ 克左 右 ， 然其 材料 成 本 千 ０ 千 虽 依旧 比铝 合金 要贵， 飞机重 量大 幅度减 轻所 带来 的经济 效益远 远超 过 了它 的 但 负面效 应 。复 合材 料结 构在 民用 飞机 上 的用量 愈来 愈 多， 围也 愈来 愈广 ： 范 以 空 中客 车 Ａ ８ ３ ０为例 ， 复合材 料用 量 占结 构重 量 的 ２ ％ ８ 、波音 Ｂ ８ ７ ７占 ５ ％ 目 １。 前， 空客重 新 启动 Ａ ５Ｘ Ｂ 目， 了同 Ｂ ８ 进 行竞 争， ３０ Ｗ 项 为 ７７ 复合 材 料 的用量 已达 到了 ５ ％ 由于在 机 身上使 用 了复合 材料 ， 身段 数 目减少 为 ３ 生 产将 采用 ２， 机 个， 自动 铺 放 技 术 。 现代 复合 材料 与 传统 金属 材料 相 比， 有 高 的 比强度 和 比模 量 、随着 编 具 织和 铺层 工艺 的 改变复 合材 料具 有 商的设 计性 能 、同 时复合 材料 还具 有 高 的 抗疲 劳 性能 、抗 震性 能和 破 损安 全性 等优 点 。然 而 ， 空器 复合 材 料结 构在 航 使用 的过 程 中， 由于 受 交变载 荷 、外 来物 撞击 、雷击及 环 境条 件 等 因素 的 作 用和 影 响， 会产 生各 种 形式 、不 同程 度 的损 伤 。为 了恢 复复 合材料 构件 的 功 能达 到航 空器 营运 最低 要求 ， 应及 时对 它实 施修 理 ： 而相 应 的维护 修理 技术 极 待 在专 业 维 修 人 员 中普 及 和 提 高 。
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飞机复合材料的修理方法—复合材料结构修理准则及修理流程
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修理基本原则
1)满足结构强度稳定，即恢复结构的承裁能力，压剪裁荷下不失稳 2)满足结构刚度要求，包括挠度变形、气弹特性和裁荷分布等 3)满足耐久性要求，包括疲劳、腐蚀、环境影响等诸方面向题 4)要恢复使用功能，如燃油系统密封、雷击防护、隐身功能等 5)修理增重要小，并注意操纵面等动部件的质量平衡要求 6)满足气动光滑性要求，变形变化要小，保证原结构的光滑完整 7)修理时间要少 8)修理成本要低
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复合材料结构修理流程
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复合材料结构修理流程
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永久性修理用材准则
பைடு நூலகம் 结构上原来用什么材料，原则上只能用该材料进行修理 芳纶复合材料结构可用E玻璃纤维复合材料进行修理,其补片铺层
的层数应比原结构铺层多一倍 修理材料必须与固化温度相适应 可选择与原结构用增强材料和树脂基体属同一类型，性能和工艺
在同一水平的材料修理，修理前须得到部件原设计部门的批准。 碳纤维复合材料修理，紧固件选用
飞机复合材料的修理方法—复合材料结构修理方法
适用范围
在复合材料结构修理中，机械连接修理适用于被修理件较厚 且对气动外形要求不高的结构件以及外场快速修理。
根据连接紧固件的种类，机械连接修理可细分为螺接修理 和铆接修理。
修理主要考虑因素
01 补片的材料种类及厚度； 02 紧固件种类、数量； 03 紧固件排列方式； 04 正确的制孔工艺； 05 制孔对原结构强度造成的影响； 06 紧固件的装配与密封。
补片材料
• 补片材料可以是金属板或者复合材料预固化层合板。金属 板材料一般为钛合金板、不锈钢板或者铝合金板。
• 当铝合金板与碳纤维复合材料连接在一起时，需采取电偶 腐蚀防护措施。通常采用在铝合金板与碳纤维结构之间铺 一层玻璃纤维布或涂一层密封胶使它们隔开。
气动外形要求
对于飞机气动敏感区域的外部加强修理，一般需要采用埋头紧固件。 此时补片必须有足够的厚度，以便安装埋头紧固件。
时，修理材料要与固化温度要匹配
修理方法决定因素
复合材料结构修理是否采用热修理以及采用哪种温度，除了取决于损 伤结构原来采用何种固化温度制造外，还要考虑到损伤的程度、结构 种类以及修理方法。如果损伤范围较小或者临时性修理，可采用低于 原固化温度的固化温度修理。
某机型副翼层合 板修理方案
修理工作流程
➢ 封装是抽真空、加热固化前的必要工序。
冷修理
在室温下固化的修理又称为冷修理。冷修理一般应用于 受载不大或者次要复合材料构件修理。为了缩短树脂的 固化时间，有的时候冷修理也采用加热固化，但通常加 热温度不超过150oF。
冷修理一般不用在高应力区和主要结构件的修理上。
热修理
需要在一定温度下加热固化的修理又称为热修理 加热温度：200oF～230oF、250oF和350oF 200～230oF温度适用于采用湿铺层料的修理 250oF和350oF两种温度适用于采用预浸料的修理 复合材料主要结构一般采用热修理。采用热修理
民用航空器维修执照考试：飞机复合材料结构修理真题一
民用航空器维修执照考试：飞机复合材料结构修理真题一1、单选在蜂窝结构夹芯塞的修理过程中，通过把夹芯塞放在丙酮或MEK溶液中浸泡进行清洁处理，浸泡时间不能超过：（）。
A、10秒C、120秒B、240秒D、6（江南博哥）0秒正确答案：D2、单选在复合材料结构铺层修理中，在修理区表面至少几层附加铺层（）？A、4层B、3层C、2层D、1层正确答案：D3、单选下列四种说法那种正确：（）.A.在复合材料结构中，纤维的拉伸强度和弹性模量均很高B.在复合材料结构中，基体纤维（例如，树脂）的拉伸强度比纤维的拉伸强度高C.复合材料的比强度比铝合金的比强度低D.复合材料的比模量比铝合金的比模量低正确答案：A4、单选航空材料结构件的主要性能指标（）.A、高强度B、比重小C、比强度D、高硬度正确答案：C5、单选下列金属中抵抗腐蚀能力最强的是：（）.A、银B、镁C、铁D、铝正确答案：A6、单选（）材料保持弹性变形的最大应力值称为。
A、弹性模量B、弹性极限C、拉伸强度D、屈服强度7、单选雷击事件造成的外部损伤主要集中于（）.A.机翼所有区域B.机身/大翼C.机体所有区域D.雷达罩/发动机/翼尖正确答案：D8、单选航空复合材料结构的损伤形式多种多样，下面不是其损伤形式的是（）.A.冲击B.裂痕C.鼓包D.屈曲正确答案：B9、单选关于聚合物基复合材料，说法错误的是（）.A.聚合物基复合材料又称为树脂基复合材料B.用得较多的基体有热固性和热塑性树脂两类C.在热固性树脂中，树脂粘合力弱，固化成型复杂D.在热塑性树脂中，树脂加工性能好，易于制成模压复合材料正确答案：C10、单选下列四种说法那种正确：（）.A.民用飞机的机身蒙披采用蜂窝结构B.玻璃纤维复合材料可制作雷达罩或无线电天线罩C.玻璃纤维复合材料对雷达有很强的屏蔽作用D.目前大型民用飞机的主要承力结构采用复合材料结构正确答案：B11、单选胶接修理方法的使用范围很广，下面不属于胶接修理工艺的优点的是（）.A.引起的应力集中小B.对结构增重小C.气动性低D.修理效率高正确答案：C12、单选下列四种说法那种正确：（）.A.民用飞机的雷达罩应用铝合金制造B.芳伦纤维复合材料不能用于制作雷达罩C.玻璃纤维复合材料可以制作雷达罩D.碳纤维复合材料可以制作雷达罩13、单选（）是引起材料发生单位弹性应变时所需要的应力。
飞机复合材料结构修理技术
飞机复合材料结构修理技术1 复合材料在飞机上的应用复合材料是由两种或两种以上的不同材料、不同形状、不同性质的物质复合形成的新型材料。
一般由基体材料和增强材料所组成。
复合材料可经设计，即通过对原材料的选择、各组分分布设计和工艺条件的保证等，使原组分材料优点互补，因而呈现了出色的综合性能。
随着玻璃纤维、凯夫拉、碳纤维等复合材料的发展，并且早期复合材料结构的使用预示着复合材料运用的辉煌。
在飞机上翼尖小翼、雷达罩和尾锥上少量玻璃纤维增强塑料的使用标志着飞机设计上复合材料的重新应用。
从那时起复合材料在这些部件上的成功应用导致在每一种新机型上复合材料应用的增加。
波音747使用了超过10000平方英尺表面的复合材料结构。
在过去几年当中先进复合材料技术运用到诸如大翼面板、地板梁等主要结构上[2]。
显而易见对基本复合材料结构和复合材料结构修理技术的理解对航空企业特别是航空维修企业是多么重要。
2 复合材料结构修理技术飞机复合材料的修理目的是最大限度的恢复飞机结构的完整性和安全性，主要修理的效果如何与多种因素有关，如修理后的强度、耐久性、气动平滑度、重量、工作温度、环境因素等[3]，强度主要考虑恢复结构的刚度、静强度和疲劳强度，因此，为了避免修理中出现意外的错误，必须严格按照一定的操作规程进行，一般的修理程序为：找出损伤区域→评估损伤的程度→损伤应力的评估→修理方案设计→修理结构的准备→补丁的制造→补丁的安装→修理后的无损检测。
当今复合材料修理的主要工艺有以下几种：2.1 复合材料的连接和打孔飞机复合材料不同于其他金属或合金材料，由于自身的特点，在修理时容易出现下列问题[4]：复合材料件装配前的钻孔困难，容易磨损钻具，钻孔附近易出现分层现象；复合材料与金属件连接时，由于电位差较大，容易腐蚀金属件；复合材料装配时易造成损伤等，基于这种种原因，必须对打孔和连接工艺做特殊的处理，才能保证复合材料件的安装和修理后的使用安全。
航空复合材料修补-第一章概论
机种 阵风 JAS39 B-2 F-22 台风 国别 法国 瑞典 美国 美国 英德意西 用量 25% 30% 50% 25% 50% 具体应用部位
机翼、垂尾、机身结构的50% 机翼、前翼、垂尾、所有舱门 中央翼（身）的40%，外翼中部和侧后部， 机翼前缘 前中机身蒙皮、部分框、机翼蒙皮和部分 梁、垂尾蒙皮、平尾蒙皮和大轴 前中机身、机翼、垂尾、前翼，机体表面 的80%为复合材料
本章习题
1. 解释复合材料、先进复合材料的定义？
2. 简述复合材料在飞机上应用的发展趋势？
3. 解释湿铺层、预浸料和铺层角的含义？ 4. 简述层合板的特性和铺层设计时的注意事项。 5. 飞机复合材料如何用图样表达？
蜂窝 芯的 结构 形状
六角形蜂窝芯 柔性蜂窝芯
过拉伸蜂窝芯
蜂窝 芯的 结构 特性
较强的抗震、抗冲击和耐声抗疲劳性能
第1章 飞机复合材料结构的识别
1.2.3 复合材料结构图样表达-铺层图和剖面符号
铺 层 图
平面图：表示铺层的形状、几何尺寸及公差的视图。 剖面图：表示铺层的层次关系，铺层的起止、拼接、几何尺寸 及公差的视图。可不按比例绘制。
第1章 飞机复合材料结构的识别
1.2.1 复合材料层合板结构-铺层设计参数
总层数 铺 层 设 计 参 数 各铺层材料 铺层取向
铺层的纤维方向与层合板构件的 纵向（基准坐标X）之间的角度 复合材料层合板构件制 作时，铺层铺设时的先 后顺序。
铺层角
铺层顺序
n：零件图号 p：铺层代号 m：铺层序号， 从贴膜面起计
剖面符号
第1章 飞机复合材料结构的识别
1.2.3 复合材料结构图样表达
复合材料结构图样内包括：铺层编号、铺层取向、铺层图、 铺层表、剖面符号和图样附注。 图样附注内容：
飞机复合材料蜂窝板修理—蜂窝夹芯结构件的常见修理方法
硬质合金钻头钻注射孔注射孔直径≤ 3mm,孔间距≤15mm80℃固化1h
蜂 窝 灌 胶 修 理
三 蜂窝夹芯结构件的常见修理方法 3、混合物填充修理法
适合
蒙皮的损伤扩展到蜂窝，去除蜂窝直径 <25mm，平面蒙皮
施工
预固化片
混 合 物 填 充 修 理 法
4.损伤蜂窝去除注胶修理
更 换 蜂 窝 修 理
双 面 接 近 贯 穿 损 伤 修 理
单 面 接 近 贯 穿 损 伤 修 理
边 缘 损 伤 修 理
边 缘 损 伤 修 理
孔 边 损 伤 修 理
孔 边 损 伤 修 理
孔 边 损 伤 修 理
蜂 窝 芯 封 闭 修 理
蜂 窝 夹 心 板 全 贯 穿 损 伤 修 理
双 面 接 近 贯 穿 损 伤 修 理
单 面 接 近 贯 穿 损 伤 修 理
边 缘 损 伤 修 理边 缘 损 伤ຫໍສະໝຸດ 修 理孔 边 损 伤 修 理
孔 边 损 伤 修 理
孔 边 损 伤 修 理
夹芯板常见修理示意图
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 主要内容 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
第8章 飞机复合材料蜂窝夹芯结构的修理
8.1
蜂窝夹芯结构件 的修理标准工艺
8.3
8.2
蜂窝夹芯结构件 的修理实例
8.4
蜂窝夹芯结构件 损伤类型与修理准则
复合材料结构修理-6.2 复合材料结构修理方法
冷修理
• 在室温下固化的修理又称为冷修理。冷修 理应用于受力不大、不重要的复合材料结 构修理。有的时候，冷修理也采用加热固 化，但通常加热温度不超过１５０F，加热 的主要目的是为了缩短树脂的固化时间。 注意，冷修理不能用在高应力区和主要结 构件的修理上。
热修理
• 非室温固化的加热固化修理又称为热修理。 通常加热的温度有２００～２３０F、２５ ０F和３５０F三种。其中２００～２３０F 温度适用于采用湿铺层料的修理，２５０F 和３５０F两种温度适用于采用预浸料的修 理。通常，复合材料主要结构都采用热修 理。热修理能够恢复原结构符合适航要求 的强度。采用热修理时，修理用的材料要 与所取固化的温度相适应。
5.机械连接修理
• 机械连接修理（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌ
是指在损伤结构表面采用螺栓或铆钉固定 一外部加强补片，使损伤结构遭到破坏的 载荷传递路线得以重新恢复的一种修理方 法。机械连接修理一般用于层合板的损伤 修理，加强补片与被连接件的结合面常用 同时涂胶黏剂胶接。
副翼复合材料层合板修理方案
修理工作流程
4. 胶接连接修理
• 复合材料结构修理多数采用胶接修理，胶接修理 适用于薄件或者较薄件的修理。广义的胶接连接 修理包括前面所述的铺层修理、注胶和填胶修理 等。这里介绍相对狭义的胶接连接修理。胶接连 接修理是指对一个构件因损坏断裂成两个部分或 者原来胶接连接的构件之间出现脱胶损伤，以特 定的连接形式，通过胶粘剂，使之连接成一体， 恢复其功能的修理方法。有的情况下，胶接修理 还需与机械连接修理一起对损伤实施修理。
第6章 飞机复合材料结构修理
6.2 复合材料结构修理方法
修理方法
• • • • 铺层修理 注胶与填胶修理 胶接修理和机械 连接修理
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。 构修理技术的理解对于航空公司人员来说是多么重要
概述
概述
先进复合材料优异的力学性能和明显的减重效果在航 空器领域得到广泛认可。随着飞机性能的不断提高， 作为现代飞机结构材料的复合材料的应用已由小型、 简单的次承力构件发展到大型、复杂的主承力构件。 在飞机机翼、机身、操纵面、起落架舱门、蒙皮、安 定面、雷达罩等部件多处使用。
787飞机复合材料修理概述
概述
复合材料是由两种或两种以上的不同材料、不同形状、 不同性质的物质复合形成的新型材料。一般由基体材 料和功能组元所组成。复合材料可经设计，即通过对 原材料的选择、各组分布设计和工艺条件的保证等， 使原组分材料优点互补，因而呈现了出色的综合性能。
复合材料的历史
早期飞机为复合材料，由木质框架，金属丝支架和织 物组成。焊接钢质框架从20世纪20年代早期开始代替 木质框架。轻质铝壳结构则从20世纪30年代开始采用。 到20世纪50年代完全转变成“全金属”飞机的过程完 成。
复合材料应用年代史
1918年波音MB3A大翼制造车间
787不同材料的区域分部
概述
概述
复合材料的优点： 相对不易腐蚀 不会产生金属疲劳 可设计载荷 可减少连接部件（同步成型） 减重，节油
概述
复合材料的缺点： 原料高成本（增强纤维，如CF） 制造维修人力成本高，耗时 力学性能受温度湿度影响高 检测损伤难度大 可导致铝等电位低的金属腐蚀
用胶膜、发泡胶修理蜂窝
用胶膜、发泡胶修理蜂窝
用胶膜、发泡胶修理蜂窝
用胶膜、发泡胶修理蜂窝
固化时需做好电偶图
用胶膜、发泡胶修理蜂窝
打磨多余部分，清洁后完成蜂窝修理
返回
制作铺层
制作铺层
制作铺层
打磨的层次
制作铺层
按照打磨层边缘复制铺层形状
制作铺层
按比例配置胶水和织布
制作铺层
混合均匀后剪出各个铺层
找出损伤区域
找出损伤区域
确定损伤区域（NDT）
无损检测设备确认损伤（BMS8-276)
确定损伤区域
快速检测仪器确定损伤
找出损伤区域
返回
打磨、割除损伤
打磨、割除损伤
打磨、割除损伤
返回
抽真空干燥待修部件
抽真空干燥待修部件
返回
清洁维修区域
返回
填补损伤蜂窝
填补损伤蜂窝
返回
用胶膜、发泡胶修理蜂窝
不合格的修理
不合格事例
检测不合格后拆除的铺层
清洁、恢复防腐层
表面打磨清洁后恢复原有漆层 完成修理
谢谢大家！
复合材料的今天
随着玻璃纤维、凯夫拉尔、碳纤维等复合材料的发展，并且早 期复合材料结构的使用预示着复合材料运用的辉煌。
在飞机上翼尖小翼、雷达罩和尾锥上少量玻璃纤维增强塑料的 使用标志着飞机设计上复合材料的重新应用。从那时起复合材 料在这些部件上的成功应用导致在每一种新机型上复合材料应 用的增加。波音747使用了超过10,000平方英尺表面的复合材 料结构。
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进行铺层
进行铺层
进行铺层
进行铺层
进行铺层
铺层中需进行抽真空，抽去层间的水和空气源自 进行铺层进行铺层返回
真空包热补仪固化维修
真空包热补仪固化维修
真空包热补仪固化维修
固化完成
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维修合格检验
普通结构敲击测试
NDT检验(BMS8-276)
合格的修理
NDT检验(BMS8-276)
不同材料性能比较
多种材料的力学性能
概述
纤维织布
概述
纤维织布
概述
胶水
概述
铺层修理
概述
真空包和热补仪
概述
真空包和热补仪
一个典型的维修案例
雷击损伤,查阅手册后找到相关修理步骤
维修步骤
找出损伤区域 打磨、割除损伤 抽真空干燥待修部件 清洁维修区域 填补损伤蜂窝 用胶膜、发泡胶修理蜂窝 制作铺层 进行铺层 真空包热补仪固化维修 维修质量检测并恢复漆层