引言
目前复合材料在航空领域已经广泛使用，随着技术的不断成熟，作为复合材料中典型结构的蜂窝夹层结构也已广泛应用于飞机结构中。但是，在零件制造和飞机使用过程中不可避免地会出现各种损伤，如果不采取及时的补救措施，甚至会导致灾难性的事故。另外，对受损结构进行合理的修理可以保证结构有更长的服役时间，从成本和经济性方面考虑，复合材料的修理研究也具有重要的意义。
国内研究者对复合材料结构修理问题的重要性和迫切性已有所认识，并已初步开展了一些工作。对于复合材料层合板结构的修理，已有一定的研究[1-2]，包括复合材料层合板的修理方法、补片尺寸对修理结构的影响、修理后各种力学性能的恢复等。汪海[3]等对蜂窝芯层结构修理后的强度做过研究。
本文主要针对复合材料中蜂窝夹层结构的修理进行研究，给出蜂窝夹层结构常见的损伤形式，针对不同的损伤形式，给出对应的修理方案。
1常见的损伤
损伤是在加工和使用过程中产生的，其产生的原因多为冲击、雷击和疲劳等，通常最主要的是冲击损伤，损伤源可为跑道的沙石、冰雹、鸟撞和不良的维护等。损伤的表现为分层、脱粘、表面划伤、错钻孔、孔边损伤、冲击损伤、雷击损伤、裂纹、燃烧/过热等。有时从表面并不能看到明显的损伤迹象，在日常维护时很容易被忽略，然而却会对安全造成极大的隐患。对于复合材料蜂窝夹层结构来说，制造过程中出现的内部空隙、分层和夹杂物，制胶层粘接强度不足出现脱粘，飞机起降时候的细小尘土砂石对飞机的划伤与撞击，地面维护时不慎工具跌落碰撞等都会对其造成损伤，严重损害结构的使用安全性。
因此，需要根据具体情况，对在生产和使用过程中造成的损伤进行修理，尤其是使用中造成的损伤必须及时修理，以保证使用安全和功能恢复。考虑使用的安全性和修理的经济性等因素，按损伤程度可分为允许损伤、可修理损伤、不可修理损伤。
2复合材料损伤修理容限及修理准则
所谓修理容限就是指出现的损伤是否需要修，是否值得修定量的界限。当结构受损面积较小、不会造成危害，就不存在修理必要，即允许损伤；当结构受损区域不能忽视，开始对结构承载能力造成影响，或者是受损区域在使用过程中具有扩张的隐患时，就有必要对结构进行修补才能继续使用；当损伤区域面积过大，结构件修理比较困难或者经济性已经不合算，这种情况下就没必要对结构件进行修理，只能更换新的部件。
复合材料结构修理应满足以下准则：（1）满足结构强度、刚度要求；（2）满足耐久性和损伤容限要求，包括疲劳、腐蚀、环境影响等；（3）满足功能要求（包括密封、电性能及操纵等）；（4）增重小、成本低，操纵面等动部件满足质量平衡要求；（5）气动外形变化要小，尽量保证原结构光滑完整；（6）考虑修理环境要求（如外场修理环境限制等）。
3蜂窝夹层复合材料结构修理方法
由于蜂窝夹层复合材料的损伤形式、材料性能等与金属结构显著不同，导致蜂窝夹层复合材料的修理与金属结构有很大的区别，不能将传统的结构修理方法直接应用于复合材料结构。目前，工程常用的蜂窝夹层结构的损伤修理方法分为胶接修理和机械修理，需根据具体的损伤形式及特点，如损伤部位、损伤类型、损伤大小及程度、可修理性及经济性等，采用不同的修理方法。
3.1机械修理
机械修理主要为抽钉铆接的方法，主要应用于面板内部出现的分层损伤。具体方法为先在面板表面钻孔，注入树脂或胶黏剂，安装涂有密封胶的铆钉并固化修理结构。其流程简单，修理可靠性高，但存在增加结构件重量、增加应力集中、改变气动外形等缺点。
3.2胶接修理
胶接修理主要有胶接贴补、注胶修理、胶接挖补三种方法。
（1）对于面板表面损伤，主要指只在面板表面存在的不穿透的划伤，而蜂窝芯不存在损伤，一般采用贴补修理的方法，即对损伤区域面板进行打磨后填充胶黏剂并贴补片进行固化，贴补用的补片可以是已固化的板或者是未固化的预浸料。
胶接贴补修理流程简单，修理操作门槛低，修理表面平整性能够得到保证，但可能会使修补结构变厚，影响载荷分配。
（2）对于板芯脱粘损伤，主要指蜂窝芯与上下面板粘接胶层脱粘，若脱粘面积较小、或脱粘面积较大而重量控制要求较小，修理方案一般采用注胶修理：如图1所示，在板-芯脱粘区域中央及周边面板钻若干个φ2mm~φ3mm注胶孔及溢胶孔，使其与脱粘处相通，但不允许钻透另侧板料，将构件倾斜（近于垂直状态），使用注射器通过注胶孔向脱粘区域注胶（树脂或胶黏剂），直至周边所有溢胶孔都有胶液溢出，随即用透明胶带堵住溢胶孔，将表面朝下，使灌注的修补胶能留在脱粘区芯材根部，然后进行修补胶固化，固化后，撕下胶带，清除溢胶，确保外形面光滑、平整，最后修复表面恢复漆层即可完成修理。
注胶修理只需要在面板钻孔注胶即可达到修理效果，流程简单，修理操作不会影响外形，但在检测技术不足的情况下，无法保证粘接界面良好，在注射树脂时如果压力不够或者胶液流动性不好时修理效果差。
（3）对于蜂窝芯损伤或脱粘面积较大而重量控制要求较高的损伤，修理方案一般采用挖补修理，如图2所示，先沿深度方向挖除损伤区域面板和受损的蜂窝芯，去除的高度为整个蜂窝芯，清理修补区域后，按照缺陷区域大小切割补片及蜂窝芯，按切口大小裁剪蜂窝芯块，确保与构件相应切口配合间隙不大于1mm。先铺贴蜂窝芯与面板之间的下胶膜，然后铺贴蜂窝芯，确保芯条方向与周边芯子相同。在蜂窝芯拼接处放置一层泡沫胶，将替换的芯塞与原有蜂窝芯进行粘接，再铺贴上胶膜和补片，在补片上再均匀铺一层胶膜及一块周围加大10mm～15mm的加强板，用压敏胶带固定后进行固化，固化后用细砂纸打磨至平滑过渡，最后修复表面恢复漆层即可完成修理。修补所用材料尽量选用与原结构相同的材料。
胶接挖补法可以完整地去除损伤区域，修理彻底，强度恢复水平最高，但其流程复杂，操作门槛高，修理后的结构两侧不对称可能会影响结构受载。
4修复后检查
修复完成后应按如下要求对蜂窝夹层结构进行检查:
（1）外观检查。表面应光滑平整，不允许有明显树脂堆积、铺层皱折、凹坑、凸起、积瘤、无根据的铺层搭接等存在，允许有小于0.1 mm（0.004 in）深的蜂窝格子印存在，不允许有目视可见的贫、富树脂区。
（2）缺陷检查。内部蜂窝芯不允许有任何压塌与断裂（一般可用X光检查），超声检查，不允许有超过2cm2 (0.310 in2)的脱胶。
（3）密封检查。把蜂窝部件放入70℃±5℃热水槽中，浸泡1min～2min（不大于2 min），检验其密封情况，若无进水（冒气泡）现象，则密封合格，若蜂窝部件有进水（冒气泡）现象，对冒气泡部位作好记录，将蜂窝部件，放入℃烘箱中烘干60min±10min，用密封胶对烘干冷却后的蜂窝件进一步密封。密封合格后，进行X光检查蜂窝件有否进水和开胶等损坏的情况。
以上检查通过后，说明采用该修理方法所修理的结构件可以正常使用。
5结束语
复合材料蜂窝夹层结构的修理受材料、工艺、修理现场条件的影响较大，应加强对修理全过程的质量监控。另外，复合材料结构修理涉及力学、材料、工艺等众多学科，其水平直接关系到飞机机体结构的可用寿命及使用和维护成本，应加强复合材料修理损伤容限的深入研究，建立复合材料修理的标准或规范，使得复合材料的修理标准化。
参考文献
[1]程小全，寇长河，郦正能. 低速冲击后复合材料层合板的修补研究. 航空学报, 2000.21(3): 282-285.
[2]程起有，姚磊江，童小燕，等. 补片尺寸对复合材料胶接修理性能的影响. 飞机设计, 2004(3): 31-33.
[3]汪海，陈秀华，郭杏林，等. 复合材料蜂窝夹芯结构修理后强度研究. 航空学报, 2001, 22(3): 270-273.
