飞机复合材料损伤检查及维修技术
云庆文
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云庆文,. 飞机复合材料损伤检查及维修技术[J]. 新材料,2024.10. DOI:10.12721/ccn.2024.158410.
摘要: 飞机生产制造中运用的材料种类较多,在现代科学技术快速发展阶段,新型复合材料被研发出来并应用到了飞机结构制造中,并在整个结构材料中占据着较大比例。虽然复合材料性优良,但也要重视损伤检查,确保能够及时发现这类材料使用过程中存在的损伤与缺陷,并结合具体情况运用专门的维修技术进行相应处理,及时修复损伤,降低对飞机结构造成的破坏,保障飞机产品使用期间的安全、可靠。
关键词: 飞机结构;复合材料;损伤检查;维修技术
DOI:10.12721/ccn.2024.158410
基金资助:

复合材料的损伤检查主要有感官检查和仪器仪表检测两种类型,每种类型还能继续细分,通常会根据飞机复合材料的损伤情况、程度和部位等来选择适宜方法,确保能够获得准确的检查结果。在实际修理复合材料之前,则应确定修理容限和修理范围,分析维修工作是否必要,而后运用不同的修理方法做好飞机复合材料表面维修工作,以此提高飞机复合材料维修技术水平。

1.飞机复合材料的损伤检查

1.1感官检测方法

感官检测方法主要是工作人员依靠自身听觉、视觉器官来分析判断飞机复合材料结构的损伤情况,其属于一种较为常规的技术方法,对检查人员的专业性、工作经验等有着较高要求,主要包括目视检测和敲击检测两种。前者需要检查人员观察复合材料表面情况,确认是否出现结构变形、颜色变化、明显裂缝以及结构松动等现象,在肉眼无法进行准确判断的情况下也可以借助专门的仪器设备如放大镜和内窥镜等进行仔细观察;后者是由检查人员敲击复合材料表面,根据敲击的声音来判断是否存在损伤问题,也能够判断出损伤的位置。可以直接手动敲击,利用敲击棒开展相关作业,工作人员根据自身的工作经验来确定敲击的具体路线、幅度和频率,根据回声判断损伤情况。也可以使用专用设备进行自动敲击,能够有效控制敲击的频率和力度,保证检测结果准确。

1.2仪器仪表检测

仪器仪表检测方法所获得的结果更加精准,常见的几种检测方法主要有以下三种:第一,X射线检测。该检测方法利用射线穿透照射复合材料,一般用于检查扰流板积水情况,若存在积水情况,X射线照出的图像颜色与正常状态下的颜色存在差异。在实际应用这一检测技术方法时要求操作人员做好防护工作。第二,超声波检测。该方式是利用脉冲信号来检测复合材料构件内部是否存在缺陷,也能够判断损伤和缺陷的具体位置。第三,红外热成像检测。该检测方法能够根据不同结构部位的红外线成像的颜色光暗来判断飞机复合材料结构的损伤和缺陷情况,可以准确找到缺陷的相对位置。

2.飞机复合材料损伤的维修技术

2.1确定修理容限与修理范围

若发现飞机复合材料存在损伤问题,则应根据复合材料结构部位的损伤情况、程度和面积等来确定是否存在修理的必要。通常会以修理容限和修理范围为参考依据,确定维修工作的价值。有些损伤所处位置对飞机整体结构的影响不大,而且损伤的程度较小,所以可以不用修理。维修技术人员可以根据相关技术要求和规定标准来确定复合材料损伤修理的界限,在飞机复合材料表面压痕小于0.4mm的情况下无需修理。若复合材料损伤区域位置较为特殊且损伤程度较为严重,通过维修处理也无法帮助该结构部位恢复原有功能,或者需要投入较多的维修成本,则可以直接运用更换零件的方式。

2.2胶接维修技术方法

2.2.1贴补法。

该方法主要是将所用修补材料直接粘贴在需要维修处理的复合材料结构表面,常用金属材料或者复合材料,可帮助复合材料结构恢复原有性能。在选择贴片材料的过程中,根据飞机复合材料的损伤情况来选择适宜的修补材料,主要包括未固化的预浸料和经过固化处理的层合板等。运用补贴法进行胶接处理的过程中,无需进行复杂繁琐的操作,但需要保证贴片与待修理部位充分贴合,否则会出现应力集中现象,影响最终的修补效果。另外,贴补法适用于曲率小且对气动表面要求不高的零部件。

2.2.2挖补法。

挖补法是将破损结构清除,采用新材料进行修补的方法,新材料填补可采用斜接法和阶梯法,这两种方法效果相当。斜接法是指将结构破损部位按某一角度挖成倾斜表面,再在斜面上填补新的材料的一种方法。该方法由于需要斜挖出角度,故适用于厚度比较大的层压板修补,由于胶接面分布均匀,故不会导致应力集中,因此,这种方法的修补效果很好,修补后结构的表面很光滑。缺点是修补施工困难,不适合外场快速维修;阶梯法是将结构破损部位按某一角度加工成阶梯状,再填补新材料,这种方法较斜接法难度更大,对工艺要求更高,需要借助专业工具,但是修补后结构性能更好。对台阶宽度的精确控制是阶梯法的关键,修理过程中,一般是从最上面一层开始,以12.5mm的宽度为台阶,从上之下,直到最内层损伤铺层。最后在打磨区域边缘再打磨出一个12.5mm宽的周边,以辅加铺层补片。

2.2.3注射树脂法

飞机复合材料小面积脱胶和分层损伤问题一般会使用注射树脂的方法进行修复处理,但是要确定是飞机使用过程中产生的损伤,而不是生产阶段形成的缺陷。为保证胶结强度,应全面清除损伤部位的表面杂物和污染物,这是进行维修处理的前提。若复合材料表面没有受到燃油污染,存在的水分也方便去除,则可以运用注射树脂法进行胶接处理,实际操作过程中先要确定注胶的具体位置,合理布设注胶孔,根据损伤位置来计算孔的深度,保证树脂的注射效果,该种方法操作方便,直接将树脂注射到分层位置等待粘合。

2.2.4填充与灌注修理。

该方法主要是使用性能优良的填料直接填充或者灌注到飞机复合材料结构损伤、缺陷位置,能够帮助原有结构恢复功能,也可保障整个结构的完整性,在蜂窝结构损伤修补中可获得良好的应用效果。一般在承受荷载力比较小的蜂窝夹层板损伤时会运用该维修方法,不但可以起到稳定表面结构的作用,还能实现对损伤部位进行密封处理,降低外界因素和物质对损伤部位的进一步影响,将损伤控制在一定范围内。对连接孔的损伤,如孔变形成摩擦损伤,可以经过机械加工好的填充块修补。如果发生紧固件孔位置钻错,或者孔尺寸过大,则可以先采用此法修理,然后重新钻孔。

2.3机械连接维修技术方法

机械连接修理方法主要用于飞机紧固件的维修处理,需要使用复合材料压板覆盖在紧固件结构表面损伤区域,再使用螺钉或者铆钉进行连接处理,整个过程无需进行复杂繁琐操作,应用的设备类型比较少,常用于飞机的外场修理。但是这种机械连接维修方法需要进行钻孔连接,会对原有结构部位造成破坏,而且所用的连接构件在长时间使用过程中容易出现电位腐蚀现象,连接件与复合材料之间还会相互作用,会引起应力集中,另外,由于增加了补片,也会导致飞机复合材料结构部位整体重量增加,可能会对该部位的气动外形产生影响,所以在应用这一维修方法时需充分考虑到上述影响因素。

结语:复合材料在飞机工业领域得到了广泛引用,为保证飞机飞行安全,需要定期开展飞机复合材料结构的损伤检查与维修工作,加大对损伤检查方法和维修技术的研究力度,根据复合材料的性能特点以及飞机产品结构特征,选择科学有效的损伤检查和维修技术,同时也要结合现实需要,不断运用先进技术手段来更新和优化相关技术水平,强化损伤检查与维修处理效果,这对航空事业进步发展有着积极影响。

参考文献:

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