引言
复合材料以其独特的性能在航空航天结构中获得越来越广泛的应用，且这种发展趋势更是有增无减，其巨大的结构减重潜力，较高的比强度、比刚度特征以及广泛的可设计性都是其它材料所不可比拟的。先进复合材料结构占飞机结构总量的比例，在某种程度上已成为评价该飞机性能的重要技术指标。尽管复合材料用于航空器结构拥有诸多优势，例如可设计性好、比强度/比模量高、化学性质稳定、耐腐蚀、疲劳性能好，但是复合材料也存在材料行程和结构成型工艺高度融合、多向异性和非线性的性能、材料分散性大、工艺参数对材料性能影响大、构造细节对结构强度影响大的特点。复合材料结构的修理方法以及修理后是否能够恢复其原有的强度性能，将是民用飞机更多使用复合材料结构面临的最大挑战。
1复合材料结构损伤的特点及裂纹特性
复合材料中基体的功能是使纤维保持在要求的位置，并提高将外部载荷导入纤维的途径。由于基体材料强度通常比纤维强度低一个或多个数量级，复合材料结构内部纤维的定向要使纤维承受主要的外部载荷。基体材料性能对复合材料的工作性能有比较大的影响，特别对于面内压缩、面内剪切、对冲击损伤的阻抗和其它层间特性，特别是暴露于潮湿和高温条件时。金属材料在遭受外来物冲击的情况下，更多表现为通过塑性变形来吸收冲击。但是，复合材料更多表现出脆性的特点。复合材料在遭受低速或中速外来物冲击时，通常会造成以下损伤：（1）表面损伤、擦伤、裂口等，这种损伤对结构的承载能力影响微乎其微，通常不作分析。（2）由于基体出现裂纹和纤维失效产生的分层。这种损伤发生在复合材料铺层的内部。通常，在复合材料面板的外表面呈现出锯齿状的损伤，这种分层的损伤可以进一步细分为：a．在面板的两侧都存在目视不能发现的内部分层，通常，在受冲击表面相反的一侧会出现基体的裂纹；b.由于裂纹和断裂，在受冲击的表面的外部面板上出现目视可见的分层。对于这种类型的损伤，复合材料结构内部的损伤区域要远大于外部面板上所表现出来的损伤区域。（3）贯穿损伤—裂纹和穿孔。对于这种情况，损伤区域贯穿了复合材料的厚度方向。贯穿损伤通常带有穿孔或者损坏的材料，穿孔的边缘通常出现分层和尖锐的裂纹。复合材料结构裂纹增长包含三种类型：（1）不增长：取决于止裂损伤尺寸的检查间隔。（2）止裂增长：取决于止裂损伤尺寸的检查间隔。（3）缓慢增长：与金属断裂力学类似。复合材料与金属结构在受到损伤后其损伤或裂纹的扩展，以及剩余强度的能力是决然不同的，这主要是复合材料是各向异性的脆性材料。一般来说控制复合材料的应变水平使得损伤不扩展，复合材料在遭受损伤后其承载能力是迅速下降的，而金属则是随着裂纹的扩展逐渐下降的。
2飞机复合材料修理技术
2.1飞机复合材料修理方法
在飞机复合材料的修理方法中，主要包括了贴补法、挖补法、注胶法、机械连接法等方法。按照连接形式划分，可以分为机械连接修理和胶接修理两种。
2.1.1胶接修理
胶接修理是飞机复合材料最为常见的修理方法，在飞机复合材料中主要采用的结构形式是层合板和复合材料蜂窝夹芯结构。在复合材料蜂窝夹芯结构的修理中主要是层合板和芯材的修理两个方面。在复合材料修理的分类中，可以根据补片与原结构的位置分为贴补修理和挖补修理。(1)贴补修理在贴补修理中主要是在损伤结构的外表面胶黏固定补片的修理方式，通过贴补修理可以恢复损伤构件的结构强度和刚度。首先将损伤区域的结构清除，打磨成圆孔，也可以根据实际需求打磨成任意形状。在单面补片修理适合访问空间受限的结构，但是会导致载荷偏心，造成应力集中点。在修理访问空间较大的情况适用，可以减小或消除单面补片贴补修理造成的偏心载荷。补片通常制作成圆形，可以选用与原结构材料相同的预浸料或者预先固化好的复合材料层合板，甚至选用金属材料板等。从设计角度上讲，补片贴补修理的设计参数主要包括补片大小、补片厚度、补片的铺层顺序以及胶层的设计。贴补修理方法具有操作简单、施工方便的优点，缺点是在补片周围的剥离应力较高，对外界的气动外形具有一定的干扰。在实际修理中，需要对补片的边缘进行削薄处理，一方面可以降低剥离应力，另一方面可以减少气动扰动。贴补修理一般作为复合材料主承力结构的临时修理方法，或用于载荷较小和相对较薄的复合材料结构的永久修理方法。
(2)挖补修理
瓦片修补的方法可以保持原有的结构外形，修补之后的结构在胶接面上的应力分布较为均匀，适合对于较厚的复合材料板材的修复工作。修理过程首先对修理部位的损伤处进行打磨，去除多余的材料，然后用补片进行填充，通常采用阶梯或者斜坡形状以增加受力面积，因此可以将挖补分为两种斜面挖补修理和阶梯挖补修理。
2.1.2注射树脂法
注射树脂法适用于飞机复合材料出现的脱胶和分层缺陷，使用过程中要根据具体的缺陷来源。由于局部胶接压力不够或者表面污染造成的缺陷，需要对表面的污渍去除后方可得到可靠的胶接效果。如果使用中造成损伤，而且表面未受到污染的情况下，胶接效果较好。该方法需要设置注胶孔和出胶孔，钻孔深度需要达到缺陷深度。适用于孔边分层和结构边缘的分层、气泡脱胶等缺陷的修复。其工艺流程:1)在缺陷处上下打孔;2)从下方钻孔注胶直到上方钻孔胶溢出;3)用胶带封住两个钻孔并加温;4)待胶固化后去掉胶带，打磨平整。
2.2蜂窝夹层结构的修理
蜂窝夹层结构是容易出现损伤的构件。由于该结构的面板较薄，蜂窝状夹层有明显的胶接界面，所以常发生面板分层、板芯脱胶以及面板损伤和蜂窝塌陷等损伤。蜂窝夹层板的面板中发生分离损伤时，可采用抽钉铆接来修理；面板和芯子间出现脱胶时可用注入胶粘剂的方法修理；当损伤仅出现在面板，蜂窝芯没有损伤时，可以按照对蒙皮的修理方法对面板进行修理；当蜂窝芯也有损伤时，需用树脂对损伤区进行填充或插入一个蜂窝填充件。如果芯区损伤区直径小于25mm时，只需要用树脂填充，然后用复合材料补片增强损伤区蒙皮；对较大的单面蒙皮和蜂窝芯损伤或双面蒙皮和蜂窝芯损伤，可使用蜂窝填充件，再胶接上预固化的复合材料补片。
结语
复合材料在飞机上的应用，有了较长的应用历史，其修理技术也随之得到了相应的发展，但同材料领域的研究与发展相比，复合材料在飞机上应用的种类、数量却极其有限，主要还是以碳纤维复合材料为主，这也就限制了其修理技术的相对单一，技术含量有限，在许多方面还无法满足飞机快速高效、高可靠性和安全性的需要。同时，结构修理是目前阻碍复合材料进一步扩大应用的两个主要问题之一（另一个问题是复合材料成本），如何提高修理水平，降低维修成本是非常重要的问题。针对不同的损伤需要确定不同的修理方案，在满足结构修理的要求下如何可以更经济，快捷高质量地完成修理仍是一个待研究的热点问题。近年来，随着国内在材料研究与应用方面取得的一些重大进展，研究机构和队伍规模也在逐渐壮大，但是在复合材料应用及其修理方面的研究和人才培养方面和国外相比略显不足，特别是民航领域飞机复合材料方面的人才培养和研究亟需加强。
参考文献
［1］陈亚莉.俄罗斯飞机用复合材料的发展[J].航空工程与维修,1999(2):26-27.
［2］张立.复合材料飞机地板[J].航空制造工程,1996(1):21-22.