航空复合材料结构修补技术与应用_魏建义

摘要 ：航空复合材料的损坏主要来源于外界冲击以及腐蚀，由于材料的特殊性，修补也不能沿用传统的金属材料修补方法，
而是应当采用特殊的设备及环境场合。而修补过程应当更加注重其效率，即能让材料结构尽快恢复到完整状态，同时又能保证经
济性。而笔者将通过本文，就航空复合材料结构修补技术与应用方面，对几种常用的修补方法进行分析和探讨。
[4] 孙雨辰，季佳佳，冯蕴雯 . 航空复合材料结构修理方法 [J]. 航 空 制 造 技 术 ， 2 0 1 5 ， 1 0 （ 1 0 ）：9 6 ~ 9 8 .
[5] 杜善义，关志东 . 我国大型客机先进复合材料技术应对策略 思考 [J]. 复合材料学报，2008 （01）.
[6] 汪源龙 , 程小全 , 候卫国 , 张卫方 . 挖补修理复合材料层合 板 拉 伸 性 能 研 究 [ J ] . 工 程 力 学 ， 2 0 1 2 ，2 9 （ 0 7 ） : 3 2 8 ~ 3 3 4 .
操作以及流程都需要符合科学标准，同时修补采用的
方法需要根据修补器械的运用环境以及功能进行考虑，
即如飞机等需要考虑气动外形的完整性等，最终通过
细致、有效的修补以达到相应的效果。
参考文献 ：
[1] 李剑峰，燕瑛，廖宝华，马健，张涛涛，刘波 . 复合材料蜂 窝夹芯结构单面贴补弯曲性能的分析模型与试验研究 [J]. 航 空 学 报 ， 2 0 1 3 ， 0 4 （ 0 4 ）：1 8 8 4 ~ 1 8 8 5 .
其次是固化完成的符合材料层板，钛、铝合金金 属材料。胶接修补法可以降低修补的难度和操作时间， 但是对于修补位置的气动外形并没有较大的修复效果； 其次是挖补修补，主要是对于损伤部位的损坏处进行 完全的清理，再采用新的材料进行填充，而根据填充 的方式不同，又可以将其划分为两类，即斜接填充和 阶梯填充，即如斜接法，主要是将损坏位置进行二次 修整，保证其呈现斜面状，然后采用新的材料进行补 充，而对于基于胶接面的剪切则可以保证其匀称性， 同时避免载荷偏离、剥离应力过小的问题，所以修补 效果更好，特别是关于厚层合板方面的修补完全可以
1 航空复合材料结构的修补原则
1.1 基本修补原则
航空复合材料的基本修补原则主要是侧重于修补 的便捷性，经济性以及效果情况进行考虑，主要可以 分为几个方面。其一，修补的强度和硬度满足要求， 同时可以保证材料结构的承载和运用功能获得恢复， 特 别 是 在 整 体 结 构 的 恢 复 方 面 ；其 二， 修 补 时 整 体 结 构会出现重量增加，所以修补需要控制好重量增加的 范 围 ；其 三， 需 要 保 证 原 理 材 料 结 构 的 光 洁 度 和 完 整 性，如果材料用于航天，则需要保证其气动外形变化
（ 1 ） 补 片 采 用 的 材 质 （ 一 般 采 用 钦 合 金 、铝 合 金 、 不锈钢等纤维复合材料）、厚薄以及形态 ；
（2）紧固件的材质（常用单面螺栓或抽芯铆钉） 和类型 ；
（3）紧固件的位置排布（间距一般为 4~5D，孔 边距为 3D，保持和铆钉孔的间距）；
（4）科学的打孔技术 ； （5）打孔对于整体结构的效果 ； （6）紧固件的安装、配置以及保存问题 [2]。
收 稿 日 期 ：2 0 1 5 - 1 1 - 0 9
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第41卷 第24期
材料与应用
魏 建 义· 航 空 复 合 材 料 结 构 修 补 技 术 与 应 用
传递路线又能够恢复其功能，而其优点也显而易见， 即不存在复杂操作，避免修补过程的冷藏加热，所以 设备功能要求较低，最后修补连接件位置处理不需要 太多需求，同时施工更加快捷，修补性能十分可靠。 但是修补缺点也是不可忽视的，即如连接孔处过于应 力 集 中 ；此 外， 采 用 机 械 连 接 修 补 技 术 还 需 要 解 决 几 个关键问题 ：
关键词 ：航空复合材料 ；结构修补技术 ；研究与应用 ；航空设备
中图分类号 ：V25
文章编号 ：1009-797X (2015) 24-0146-03
文献标识码 ：A
DOI:10.13520/ki.rpte.2015.24.059
随着科技的不断发展，我国各大行业也得到了相 应的提升。而航空业就是其中之一，安全性一直都是 其备受瞩目的一个方面。特别是在目前时代背景下， 民众基本物质生活水平已经得到满足，从而将目标转 变为生活的便捷化，而航空复合材料则是航空设备采 用的一种特殊材料，具有更高的强度和可靠性，特别 是对于低温和高温的耐受能力，都是一般金属材料所 不具备的。但是随着时间的推移，材料依然会产生磨 损，所以对其进行修补也是十分关键的。而对于目前 来说，我国航空复合材料的修补已经有一些成功的案 例，同时技术水平也已经逐步成熟，所以修补工作开 展也具有一定的基础。
4 结语
根据本次修补流程分析，在该复合材料修补后， 其 承 载 能 力 较 明 显 的 提 升， 即 如 修 补 前 的 失 稳 载 荷 190 kN ；破坏载荷 246 kN ；第一拐点载荷 125 kN ； 而通过修补后，失稳、破坏和第一拐点的载荷分别为 280 kN，391 kN 及 155 kN。由此可见，以上显著差 异，即表明 3236/T 300 预浸料可以直接用于贴补贴补 修补，同时能够保证结构的损坏得以恢复，同时通过 其修补的材料强度甚至可以超过原材料结构的强度， 材料的使用效果完全得到恢复 [5]。
2015年 第41卷
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橡塑技术与装备（塑料）
CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT(Plastics)
首先，根据结构表面进行判断，找出损坏区域， 同时标明切除的位置以及坐标，以金刚石掏芯，找出 相应的盲孔，然后以图纸为标准算出相应的深度，最 后再将计算的深入减去 0.11~0.12 mm，得出实际的深 度，另外如果掏盲孔存在一定难度，则可以采用掏芯 钻头确定盲孔位置。另外，修补位置需要以金刚石作 为切割材料完成扩孔打磨，最后在对其表面进行完整 加 工， 即 需 要 保 证 加 工 表 面 的 倾 斜 程 度 符 合 要 求 ；其 次，是对损伤区域进行修补，可把胶膜、预浸料及其 挡板放置于修补位置上，然后预浸圈根据损坏位置的 特征进行调整，本次修补采用的补片直径为 66 mm， 纤维方向保持在 -45° ；最后是成型操作，即基于室温 进行真空抽取，压强约为 0.09 MPa 左右，同时配合 每分钟 1.5 ℃的升温速率将温度提高至 80 ℃，并且保 留此温度 1.5 h，最后再将温度提升至 120 ℃保持 2 h， 再空复合材料来说，由于运用的区域以及本 身材质的特殊性，从而导致其损坏程度也与普通金属 材料具有本质的差异性。所以无法将其与传统的修补 方法相提并论，而笔者在前文已经重点介绍了一些目 前常用的修补方法，即贴补修补和挖补修补。而基于 这两种修补方法，目前工业还发展出更多新型的修补， 即如电子束固化修补、光固化修补以及微波修复等等。 而这些修复法则往往具有较快的修补效率，但是材料 获得能量的方法存在差异性，例如微波修补，则主要 采用的是一种特殊的“胶接”方法，即在损坏地方加 入微波吸收剂，然后强化该位置的磁导率，然后以特 定的微波施加设备对修补位置导入微波，最终使其在 较短的周期产生全新的、高强度的修复面，最终完成 损伤的修补。
不 大 ；其 四， 修 补 具 有 较 强 的 操 作 性， 同 时 不 需 要 太 多 的 器 材 和 设 备 ；其 五， 修 补 具 有 一 定 的 经 济 性， 可 以保证成本投入在一定范围内 [1]。
1.2 结构修补原则
对于修补人员而言，除了需要注意基本的修补原 则以外，同样还需要注意结构修补的原则，也可以从 五个方面进行入手。其一，修补时需要对修补的通道 进行预留，以便于后期的检查和加工工作开展 ；其二， 损坏比较频繁的位置可以进行重新设计，即如将位置 的零件设计为可以拆卸或者替换的，诸如螺栓连接等； 其三，考虑损伤位置的修补余量，即如扩孔余量等 ； 其四，采用组合构件设计，可以降低修补的工作量以 及 难 度 性 ；其 五， 修 补 时 需 要 保 证 整 体 构 件 需 要 拆 卸 的零件尽量少，避免安装消耗过多的时间。
3 航空复合材料结构的修补技术运用
复合材料结构的修补技术主要可以运用在航天领 域， 即 如 ：某 厂 生 产 的 直 升 机 由 于 生 产 流 程 出 现 操 作 失误，进而导致材料受损，即材料蒙皮呈穿透裂伤， 伤痕呈现梯形，长度约合 16 mm，同时与两边距离为 83 mm，如果根据受损问题以及特征，则可以选择胶 接方法进行修复，而补片选择主要是要求其外观平坦， 具有较强的粘结性，同时材料本身质量较小，所以采 用 3236/T300 预浸料最为合适，即可保证对于复合材 料结构的修复效果。另外，直升机本身对气动外形具 有较高的要求，这些都需要通过修补流程的细化进行 管控，诸如采用贴补法，就可以将这种不利的影响降 至最低，详细的三个修补步骤如下。
橡塑技术与装备（塑料）
CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT(Plastics)
航空复合材料结构修补 技术与应用
Aerospace composite structures repair technology and applications
魏建义 （安阳职业技术学院，河南 安阳 455000）
2 航空复合材料结构的修补技术分类
2.1 机械连接类
这类修补技术主要是通过连接或者铆接以达到相 应的目的。一般来说，即是在修补位置外表采用螺栓 或铆钉进行固定补片修补，即可保证损坏位置的载荷
作 者 简 介 ：魏 建 义 （ 1 9 6 5 - ）， 男 ， 工 学 士 ， 毕 业 于 中 国 人 民解放军空军工程学院，讲师，研究方向为航空机电设备维修。
[2] 郭彦江，黄俊，蒙志君，何维 . 复合材料层合板贴补修理稳 定性研究 [J]. 玻璃钢 / 复合材料，2013（02）.
[3] 苏维国，穆志韬，郝建滨，陈定海 . 金属裂纹板复合材料修 补结构的超奇异积分方程方法 [J]. 黑龙江科技信息，2014， 11 （ 11 ）：3 1 ~ 3 4 .