浅析飞机复合材料结构修理技术
飞机复合材料损伤及修理技术浅析策略
飞机复合材料损伤及修理技术浅析策略摘要：飞机所用复合材料直接影响飞机自身实际飞行性能，其自身设计性能优良、化学性质稳定、耐腐蚀等优势，普遍用于航空航天领域中。
但复合材料受外界多个因素影响，促使其材料受损，一定程度干扰飞机正常运行，需充分结合复合材料结构自身损伤特征及其裂纹特性，遵循相应的维修基本原则，以此保证飞行安全运行。
本文就飞机复合材料损伤及修理技术展开分析。
关键词：飞机；复合材料；损伤；修理技术复合材料凭借自身多个优势，普遍用于航空航天领域中，成为飞机结构核心材料之一，复合材料损伤破坏机理与金属存在较大的差异性，飞机上应用大量复合材料之后，其自身维护成为现下关注的焦点之一。
复合材料出现脱胶、分层、表面氧化等质量缺陷，对飞机实际飞行产生严重的影响，需定期对复合材料进行综合性检查，严格依照相关规程做好维护，为后续飞机安全飞行提供强有力的保障。
1.复合材料结构损伤特征及其裂纹特性基体作为复合材料核心构成之一，其主要作用在于始终保持纤维处于初期设定部位，并持续性提高外部载荷入驻纤维路径。
基体自身材料自身强度多强于纤维，复合材料结构自身内部纤维定向需充分促使纤维承受较大的载荷，基体材料自身性能对复合材料自身功能存在一定干扰，尤其针对面内压缩、剪切等更为凸显。
金属材料受外部载荷作用下，更为是以塑性形变从而吸收相应的冲击，脆性作为复合材料自身典型特征之一，一般呈现为以下损伤：①表面损伤、裂口，此种类型损伤对结构实际承载力干扰较小，一般可忽略不计，不进行综合性分析。
②因基体出现裂纹和纤维失效出现分层，此类损伤多见于材料内部，处于复合材料面板自身外表面为锯齿状损伤，其又可划分为多种损伤类型。
③贯穿损伤。
针对此种状况损伤区贯穿整个复合材料自身厚度，贯穿损伤一般带有穿孔、损坏等材料，穿孔实际边缘多产生分层、裂纹等[1]。
复合材料结构裂纹增长包含三种类型，即不增长、止裂增长、缓慢增长，不同增长其自身特征及发生基本原理不尽相同，不增长、止裂增长多与止裂损伤尺寸检查间隔密切相关；缓慢增长其一般与金属实际断裂力学具有一定的相似性。
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
航空复合材料结构维修技术研究
航空复合材料结构维修技术研究摘要：航空领域复合材料用量不断增加，复合材料结构维修研究相对滞后。
本文概述并分析了航空复合材料结构维修技术的现状，并重点介绍了现阶段使用的航空复合材料结构维修技术：目视检查及无损检测定位损伤；综合考虑，确定维修区域和维修方法；维修后检测。
关键词：航空复合材料维修近年来，复合材料在航空中的研究主要集中于用先进复合材料制造承受大载荷的主承力结构。
随着飞机上复合材料用量的增加，对于复合材料制造、装配和维修的要求也相应提高。
其中满足功能性、经济性和安全性的维修技术对复合材料的应用起到了制约作用。
1 复合材料结构的维修复合材料结构维修的目的是在最短的时间和最少的花费条件下修复结构的完整性，得到和原来结构的刚度、强度相匹配的结构，同时保持增加的重量尽可能小。
相对于复合材料在飞机上的应用来说，复合材料维修技术的相关研究、相关技术标准或规范的建立工作是相对滞后的。
复合材料的特性决定了其在冲击后容易产生裂纹和分层，因此大量复合材料部件在不可避免地会发生结构缺陷或损伤，必须进行及时维修以减少生产中部件的报废率，并提高部件使用完好率，在保证安全的同时降低复合材料的使用成本。
因此，复合材料构件维修的重要性不言而喻。
相对于金属结构的损伤而言，复合材料结构的损伤往往是同一构件的经常性或周期性损伤，而且复合材料的损伤检查和检测需要经过特殊培训的特殊人员进行，复合材料维修需要先进的维修和检测设备，所以复合材料的维修成本更高；复合材料结构维修技术相对滞后，维修过程和材料体系尚不完善，复合材料修理完成后的质量难以检测，因此复合材料的标准修理方法具有局限性。
出于对复合材料结构维修成本、可操作性、安全性等因素的综合考虑，目前实际在进行复合材料结构维修时通常遵循以下思路：首先先评估可能对复合材料造成损伤的因素对复合材料的影响，确定损伤的程度、范围；然后确定维修区域和维修方法；最后对维修后的复合材料进行检测。
2 复合材料损伤的确定复合材料的损伤大多由以下原因产生：固化过程中产生的空隙分层或尺寸的偏离；飞机或零部件在地面状态受到由于操作失误而引起的损伤，常见的如工具掉落冲击损伤；由于环境引起的损伤。
用复合材料技术修理金属飞机结构
用复合材料技术修理金属飞机结构个典型的修理实例1．在B747上的修理验证该项工作由澳大利亚航空研究所与波音飞机公司和澳大利亚快达航空公司合作进行，目的在于验证该项技术的置信度和可靠性。
1990年l0月在B747上选用了几个有代表性的部位用硼／环氧复合材料进行了修理，修理在外场进行，在真实飞行条件下考核并定期检查。
胶粘剂选了两种；高温固化胶和环氧一腈结构胶膜。
120℃固化1小时或80℃固化2小时；低温固化采用双组分丙烯酸类结构胶，室温固化2小时可达极限强度的9o 。
复合材料补片有已固化的和半固化的(B阶段)．还有于现场设计制造，在真空袋中预固化的。
现场用加热毯加热，用真空袋加压进行胶接。
到1992年8月共飞行了6843小时，无损检测未见任何损伤以及分层脱粘等缺陷．效果十分良好。
2．B-1轰炸机群的修理1991年1月，美国发现其B-1轰炸机群中有37架飞机的前机身大粱区域有裂纹，曾用螺接铝板、裂纹端钻止裂孔的办法进行修理，但钻孔和螺接恶化了该区域的受力情况，7月即发现有17架飞机裂纹继续扩展，效果不佳。
以后采用复合材料补片进行胶接修理，补片在83-96kPa、12O℃下固化了9O分钟，修理效果良好，应力集中降低了15～20%，提高了疲劳寿命。
机群的其他破坏和损伤等均将采用此法进行修理。
3．B767机身龙骨大梁的腐蚀修理B767机身龙骨粱使用4年后发生严重腐蚀，在长达近1米的距离上，钉孔周围严重腐蚀，7075一T6材料腐蚀掉1／3，使连接钉易脱落，已超过了渡音的修理规范。
采用常规修理要换龙骨粱，耗时费力。
用本方法修理仅需两人花8小时即可完成，用复合材料代替了原破坏片的金属承载，恢复了原设计，修复后经两年多的飞行．检查完好无损。
修理方法的技术要点“贴补”修理方法的技术要点和技术关键大致有如下几点：1．修理选材修理时材料体系的选用是首当其冲的问题，其中主要的是纤维体系、树脂体系和胶粘剂的选择。
迄今为止国外多采用硼纤维环氧体系复合材料，其优点是强度高、刚性好；热膨胀系数相对高，与金属部件的热匹配性能好，可以降低固化后的残余热应力；导电性低．便于使常规的涡流无检测技术与金属接触电化学腐蚀性能较碳纤维复合材料为好。
用复合材料技术修理金属飞机结构的修理记实_陈绍杰
图1右平尾上蒙皮腐蚀损失情况用复合材料技术修理金属飞机结构的修理记实Re p air Practice of Usin g Com p osite Technolo gy for Aircraft Metal Structures¿陈绍杰/沈阳飞机研究所用复合材料技术修理金属飞机结构是一项比较新的机体结构修理技术,90年代已为世界各国普遍采用。
该方法实质上是由复合材料结构胶接修理方法发展而来的,此时贴补的胶接补片不是贴在复合材料结构上而是贴在金属结构上。
该方法特别适用于金属飞机结构的裂纹的腐蚀等多发性常见损伤,是目前世界上公认的一种优质、高效、低成本的修理方法。
原5航空制造工程6杂志已对该项技术作过相应的报道。
任务来源用复合材料技术修理金属飞机结构,虽然在国际上已是一项成熟的新技术,但在我国国内基本上还是一个空白。
有鉴于此,以沈阳飞机制造公司(沈飞)为主,有沈阳飞机研究所参加与希腊的H AI(H ellenic Aeros p ace Industr y )合作成立了/沈阳)Hellenic 飞机修理公司0,拟从希腊引进该项技术,推广应用于国内的军、民机修理业务。
HAI 是希腊一家国家控股的国有大型飞机和发动机修理公司,始建于1975年,在欧洲同业者中占有较重要的技术地位。
沈阳)H ellenic 飞机修理公司于1999年7月7日~9日在沈飞公司进行了第一次采用该技术进行飞机修理,因为这是首次将该技术用于国内飞机的修理实践,故某种程度上带有演示验证的性质。
修理材料、修理设备均由希方提供,操作亦由希方为主进行。
修理方案和设计及则由双方合作进行。
为此希方派来3名技术和操作人员完成了具体的修理工作。
待修结构及损伤情况待修飞机结构是某型飞机的两个水平尾翼。
该机是一架返厂大修的飞机。
因该机长期在沿海使用,由环境条件造成多处腐蚀损伤。
此次修理的具体对象为该机左右平尾翼尖接近配重处的腐蚀损伤,计有左尾下蒙皮、右平尾上、下蒙皮共3处,具体腐蚀性能详见表1。
浅谈飞机复合材料修理技术
浅谈飞机复合材料修理技术作者：刘爽来源：《中国科技博览》2017年第27期[摘要]随着现代航空业的飞速发展，复合材料在飞机上的应用日趋广泛，与此同时大量的飞机也进入了维修高峰期。
由于飞机本身的造价非常昂贵，相应地对飞机的维护需用的费用也居高不下。
在日益竞争的商业环境中，飞机停飞造成的经济损失将是非常巨大的。
因此修理方法是否便捷经济，修理效果是否有效，是决定其能否快速恢复运营、提高飞行安全的重要因素。
本文简要介绍了复合材料在飞机上的应用，梳理了常用的复合材料修理的技术及工艺，并列举了一个蜂窝修理的例子来介绍复合材料修理的相关步骤。
[关键词]飞机；复合材料；修理；应用中图分类号：T6501 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）27-0374-011 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、各组分匹配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。
复合材料被应用于飞行器结构的过程，经历了一个从无到有、从少到多，从非承力结构到次承力结构，最后到主承力结构的发展过程，从早期的由玻璃纤维制成的整流罩等非承力件到近年来由碳纤维制成的复合材料壁板、梁等主承力大型构件，其用量和使用形式也是随着复合材料设计和制造技术水平的发展逐步提高。
从上个世纪70年代的10%不到，发展到现在几乎是由全复合材料制造而成的无人飞行器，这一快速的增长象征着复合材料时代的全面来到。
复合材料的使用规模已成为航空飞行器是否先进的一个重要评价因素。
与此同时，由于复合材料自身的弱点，在制造、装配和地面维护以及使用阶段，复合材料容易受到冲击等带来损伤，需要开展损伤修理，因此航空企业特别是航空维修企业对基本复合材料结构和复合材料结构修理技术的了解和掌握是极其重要和必要的。
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。
飞机复合材料结构修理总结
飞机复合材料结构修理总结飞机复合材料结构修理是航空维修中的重要工作之一，以下是对飞机复合材料结构修理的总结：1. 仔细评估损伤：在进行复合材料结构修理之前，必须仔细评估损伤的类型、范围和严重程度。
这包括使用适当的检测工具和技术，如超声波探伤或热红外成像，来确定损伤的位置和扩展情况。
2. 选择修复方法：根据损伤的性质和位置，选择适当的修复方法。
修复方法可以包括表面修补、填充修复、层压修复或补强修复等。
选择修复方法时要考虑到结构的强度和刚度要求，以及修理后的重量和性能影响。
3. 准备工作：在进行修理之前，必须对修复区域进行适当的准备工作。
这包括清除损伤区域周围的污垢和残留物，清理表面以确保良好的粘接或结合。
4. 材料选择和制备：选择适当的修复材料，如复合材料补片、粘接剂或填充剂。
材料的选择应考虑到与原材料的兼容性和结构要求的匹配性。
在使用之前，要确保修复材料经过适当的制备，如切割、打磨和涂覆。
5. 修复操作：按照修复方案和操作规程进行修复操作。
这可能涉及到粘接、固化、热处理或压制等步骤。
在操作过程中，要严格控制时间、温度和压力等参数，以确保修复的质量和一致性。
6. 检验和测试：完成修复后，必须进行检验和测试以验证修复的有效性和质量。
这包括使用非破坏性测试方法，如超声波检测或光学显微镜观察，来检查修复区域的完整性和质量。
7. 记录和报告：对修复过程和结果进行记录和报告。
记录包括修复方案、使用的材料和工艺参数，以及检验和测试结果。
这些记录对于后续的维护和审计是必要的。
总而言之，飞机复合材料结构修理需要严格的操作和控制，以确保修复的质量和可靠性。
只有经过合适的评估、选择合适的修复方法、正确准备和操作、进行检验和测试，并记录和报告修复过程，才能有效地修复飞机复合材料结构，并确保飞机的安全和性能。
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浅析飞机复合材料结构修理技术
随着科技的不断进步，复合材料逐渐出现在航空领域，在现代航空领域的发展中被广泛应用。
由于复合材料已经成为现代飞机结构的重要组成部分，并且其损伤机理与金属损伤存在差异，对复合材料结构修理技术研究具有重要的现实意义。
文章主要基于飞机复合材料结构修理基础之上进行研究，促进飞机复合材料的可持续发展。
标签：飞机复合材料；结构修理；技术分析
前言
国内对于先进复合材料在航空领域的应用已经取得一定成效，但对于飞机复合材料结构修理技术的研究依旧需要不断完善。
由于现代航空领域需求的不断增加，对复合材料的使用要求逐渐严格。
同时在具体的应用过程中需要对复合材料进行维护，体现出飞机复合材料结构修理技术的重要性。
1 飞机复合材料结构类型以及损伤类型
目前，国内外的复合材料在航空领域的应用具有广泛性特点，材料用量占总体用量总重的25%-40%，其中民用飞机占11%-16%，直升机高达60%以上。
由此可见，飞机复合材料结构在航空领域的应用具有广泛性特点。
对于复合材料以及损伤类型进行分析，加深对复合材料修理技术的理解。
1.1飞机复合材料结构类型
1.1.1 压层板。
复合材料当中的压层板主要是由单层板粘合而成，同时构成材料可为不同材质的单层板，也可为各向异性单层板进行构成。
由于单层板构成存在复杂性以及非匀质性，导致单层板的实际构成具有各向异性的特点。
1.1.2 蜂窝夹芯结构。
蜂窝夹芯机构主要是由薄面板与中间胶接低密度的夹芯构成，具体的面板结构为层压板，面板较薄。
其中具体的使用材料为纤维玻璃布、单向碳纤维、编织布、芳纶有机纤维布等材料。
蜂窝夹芯结构比常规金属结构具有较高的比强度、抗弯强度、高结构阻尼、消音以及耐声震、隔热性等良好的性能，在航空领域应用具有较好效果。
1.1.3 蜂窝壁板。
蜂窝壁板主要是承力面以及蜂窝夹芯构成，蜂窝夹芯位于承力面板之间，使得整个蜂窝壁板的强度增加[1]。
此外还有骨架元件以及众多的不锈钢板材料进行实际构成。
在蜂窝壁板的实际结构当中，承力面板所承受的质量一般只是自身在平面内的负荷，骨架元件在具体应用中保证局部刚劲，提升固定地点的安全性以及耐用性。
1.2 飞机复合材料损伤类型
飞机复合材料的使用在提升整体飞机性能的同时，导致在进行实际使用的过程中出现一定程度的损伤。
大部分结构损伤形式主要是由于制造以及操作不当造成，其中环境因素同样是其重要的影响因素。
损伤对于复合材料结构以及刚度产生一定影响，并且主要分为两个大类：第一类是大型损伤，其主要的损伤对于结构的强度以及刚度具有严重的影响，导致结构出现安全隐患。
这类型的损伤需要进行及时的检测，及时的更换与修理，保证复合材料整体结构的稳定性；第二类是小型损伤，具体的损伤并不能够对性能进行影响，导致整体结构强度以及刚度下降。
2 飞机复合材料结构修理技术
由于飞机复合材料的使用，由于损伤的存在，针对复合材料的修理技术在航空领域的发展中被不断的创新与完善，为复合材料的发展奠定基础。
2.1 补片式修理技术
补片式的修理方法在进行实际的修补处理过程中，主要应用于较大型的损伤的修复，具体修复工艺较为复杂。
补片式修理技术在现代航空领域的应用较为广泛，并在复合材料的修补方面具有良好的效果。
考虑到补片材料、补片形式以及修理工艺，具体分为以下三种类型：
2.1.1 外搭接补片机械连接法。
补片的材料在进行具体修补的过程中并没有一定的严格标准进行要求，材料的选择具有自主性特点。
可以选择金属板或者是复合材料面板，需要通过抽钉等紧固件与母体结构机械进行连接，保证在飞机出现复合材料问题时能够得到及时处理，这种方法在进行外场补救的过程中被广泛应用[2]。
由于这一种方法在进行连接的过程中对补片材料缺乏相应的标准约束，在使用铝合金等相关金属材料时需要考虑腐蚀问题。
2.1.2 外搭接补片胶接法。
在进行外搭接补片胶接法过程中，需要重视补片大小、补片厚度以及胶层的设计。
与补片大小直接相关的参数是搭接长度，考虑到国内胶黏剂的性能，搭接的长度通常为20-30毫米；补片的厚度需要根据母版厚度进行分析与设定，最佳的补片厚道的设计为母版厚度的二分之一[3]。
通过具体的试验证明，具有软补片的胶接强度较低。
过于刚硬的材料不能够起到良好的效果，导致在飞机复合材料的修理过程中出现相应问题。
因此，需要根据具体材料以及设计进行损伤处理；胶层设计过程中，胶粘剂的具体强度影响胶接接口的强度。
在外搭接补片胶接法当中，胶接接头部分会产生比较高的局部应力。
在胶接部分需要增加胶层厚度，降低该处较高的剪應力，提升胶接的强度。
2.1.3 嵌入式补片修理法。
此种方法是通过挖去部分的母体材料产生斜坡或者是台阶，之后与预浸料补片或者是预固化补片胶接，补片铺层与母体相同或略多[4]。
该方法不仅能够消除外搭接补片修理引起的偏心弯矩，而且外形恢复较好，是一种永久性修理方法，在进行实际的复合材料的修补过程中具有重要作用。
2.2 非补片式修理技术
非补片式修理技术方法在进行飞机符合材料修理的过程中，主要是针对小损伤进行修理，操作方法较为简单，在进行外场修补的过程中较为便捷。
复合材料的非补片式修理技术，存在的方法主要为以下几种：
2.2.1 注射法。
在进行较小损伤修理过程中，注射法在其中具有较好的应用效果。
这种方法在针对损伤区进行修理的过程，是将树脂注入损伤区，采用常温固化以及加热固化的形式，通过注射法填补修复过程中的损伤。
注射法在进行实际的应用中，对于复合材料外层处理以及边缘分层处理具有较好的效果，能够实现对损伤区的处理。
2.2.2 混合物填充法。
这种方式在飞机符合材料的修理技术中与注射法相似，但两者在实际的填充物方面具有明显的差异，主要的填充物为短切纤维-树脂混合物。
此种方法在进行修复表面范围以及蜂窝夹层中的损伤修理具有较好效果，能够修复复合材料中较小的损伤。
2.2.3 涂层法。
复合材料在航空领域的应用，需要通过涂层保证材料表面的安全性。
在复合材料表面出现问题的过程中，需要通过涂层法来修复表面密封层、防腐层以及导电层，保证材料外部稳定性。
2.2.4 抽钉法。
此种方法是通过分层区域或者是脱胶区抽钉法进行加强，保证恢复外界的传载能力。
能够有效的控制复合材料小损伤的扩展，在具体的应用过程中具有良好的应用效果，保证复合材料外部稳定性[5]。
3 结束语
综上所述，飞机复合材料在航空领域当中的应用较为广泛，符合材料的结构以及维护工作尤为重要。
需要加快修理材料的研制与开发，保证在上述修理技术的基础之上，不断完善和发展新型技术，为航空领域安全使用复合材料奠定基础，促进航空领域的可持续发展。
参考文献
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