SR20飛機復合材料結構的修理

羅立

【摘 要】本文介紹了SR20飛機復合材料結構損傷的檢測和分類，歸納了修理環境和材料的要求和修理工藝，并以典型的損傷修理為例介紹了修理的一般流程。

【關鍵詞】通用飛機；復合材料結構；損傷檢測；損傷分類；修理工藝

0 引言

復合材料是將兩種或兩種以上的材料永久結合起來的產物，其共同的強度比單獨各組分的強度都大。SR20飛機結構由玻璃纖維或者碳纖維織物和環氧樹脂形成的復合材料組成，根據強度和剛度的不同需求采用各種鋪層方式和構造方法。復合材料合成符合空氣動力學的形狀、定制的強度特性，減少飛機構件的數量。SR20飛機主要構件包括：機身，機翼，垂直尾翼和水平尾翼。本文以SR20飛機復合材料結構為例，介紹其損傷檢測和分類、修理條件及工藝和具體損傷的修理流程等，為通用飛機復合材料結構修理提供參考。

1 損傷檢測及分類

1.1 損傷檢測方法

如果飛機復合材料結構出現目視可見或者可疑的損傷，必須對其進行徹底的檢查并據此進行維修。當前針對復合材料的無損探傷方法主要有兩種：目視檢查和硬幣敲擊。

目視檢查可能需要將結構的漆面、底漆和表面填充物去除，當出現大量損傷時，還需要將目視可見的損傷區域完全去除并做進一步檢查。壓痕和凹陷損傷外觀表現與冰雹在金屬表面上的損傷類似，而分層和脫膠更難以檢測到，有時可以通過按壓損傷區域來感覺這種類型的損傷，能明顯感覺已分離結構的松動。由于夾芯結構內層的沖擊損傷通常比外層的更為嚴重，有時需要還將通過內窺鏡對未噴漆的表面里層潛在的損傷區域進行檢查，玻璃纖維層合結構損傷通常呈白色。對于部分層合板結構損傷的目視檢查還需要借助燈光設備。對于可見損傷結構外表面的邊界還需做出永久標記。

硬幣敲擊是識別層合板結構脫膠及分層的一種有效手段，利用小金屬塊在層合板結構表面反復持續地敲擊，如果有清晰、尖銳的敲擊聲響表示該區域粘接良好，聲響沉悶則表明出現脫膠或者分層現象。為了確保維修的質量，任何維修完成之后都需要進行硬幣敲擊檢查。

1.2 損傷分類

根據受影響的結構類型分為不同區域損傷，某些位置可能包括多種類型的結構損傷。

1）表面損傷

結構表面的保護涂層（漆面等）的損傷，沒有涉及到復合材料結構本身。

2）粘結結構損傷

出現在兩個預固化部件之間由于受潮、進水以及外物碰撞沖擊等原因導致的脫粘現象。

3）層合板損傷

包括磨損、分層，溝槽、沖擊損傷等，根據鋪層損傷的情況分為穿透和非穿透損傷。

4）夾層結構損傷

根據夾層結構層合板及夾芯的損傷情況分為外鋪層、外鋪層和夾芯、穿透損傷。

2 修理要求及工藝

2.1 修理環境要求

一個適當的修理環境對于保證復合材料的維修質量是至關重要的。建立并保持工作區域和部件的清潔，控制材料從存儲環境到整個固化完成過程的溫度，在所有涉及到使用樹脂、粘合劑和溶劑的工作場所保持通風。同時還需滿足以下條件：封閉的維修區域、環境溫度和濕度的控制（圖5）、清潔的維修區域（無塵、無油或其它污染物）、佩戴干凈無塵手套進行手工操作鋪層和粘結、維修區域結構和表面的保護、注意不同復合材料的材料特性。

圖5 環境溫度和相對濕度

2.2 修理材料使用要求

修理材料必須使用廠商指定的材料。根據待修理區域的結構組成和損傷情況決定鋪層數和鋪層方向，選取相應的增強織物材料和夾芯材料，裁剪至合適尺寸。根據使用的材料體系不同，按要求比例混合樹脂混合物與增強顆粒組成粘結劑。

2.3 修理工藝

1）層合貼補工藝

在貼補修理之前兩小時，通過砂紙打磨內鋪層得到結合面，并利用吸塵器去除所有粉塵和碎片，最后用酒精清潔。保留的原始結構纖維鋪層應當呈50：1的梯度，每一層邊緣間距約為0.5inch，如圖6所示。如果維修鋪層少于3層或者碳纖維層合板，則不需要階梯打磨進行鋪層修理。

根據修理區域是否便于接近，層合貼補分為原位修理和離位修理兩種方式，即直接在損傷區域進行層合貼補修理以及預先制作好層合補片，再將補片貼到損傷區域。兩種修理方式都可以運用干鋪層或者濕鋪層。

2）固化工藝

樹脂體系必須經過適當固化才能達到最大的強度。固化過程中需要一個熱源對修理區域進行加熱，典型的固化系統包括熱源為數控的熱風槍、封閉的熱環境和溫度監控設備。固化溫度是部件溫度而不是環境空氣溫度，在熱風干固化過程中，環境空氣溫度應當比要求的維修固化溫度高大約15°-25°F（8.3°-13.9°C）。根據不同材料體系選取相應的固化時間，固化升溫速率控制在每分鐘1.0°-5.0°F（0.6°-2.8°C），降溫速率控制在每分鐘1.0°-15.0°F（0.6°-8.4°C）。

3）表面處理工藝

表面處理分為膩子、填料、底漆、密封、噴漆、貼標等處理。為了保證復合材料結構不至于過熱，對噴漆顏色的吸收率和反射率都有要求，對于金屬結構漆色則無限制，飛機國籍和注冊標號須按手冊規定噴涂在特定位置。

3 SR20飛機復合材料結構修理流程

SR20飛機表面損傷、粘結結構損傷的修理較為簡單，夾層結構包含了層合板結構。以下主要介紹夾層結構的層合板損傷修理流程和更換層合板及夾芯修理流程。

1）仔細檢查損傷區域，確定修理區域的形狀及尺寸；

2）從損傷區域鋪層向外1in處去除表面涂層，并去除已損傷層合板；

3）準備維修界面，以長度高度比50：1的斜度打磨層合板修理區域邊緣；

4）計算需更換鋪層層數，確定鋪層類型和方向；

5）清潔修理區域，選擇在位或者離位貼補修理工藝修理層合板，第一層鋪層與層合板邊緣重疊最少0.5in；

6）經固化工藝之后，將修理區域外表面打磨光滑，完成維修區域噴漆處理。

1）仔細檢查損傷區域，確定修理區域的形狀及尺寸；

2）從損傷區域向外1in處開始去除結構表面涂層；

3）小心砂除損傷的殘余夾芯結構，為待更換夾芯填膠預留出部分間隙。檢查內層層合結構是否損傷，如果需要優先修理內層層合板；

4）加入切割好的更換夾芯，填膠進行預固化，打磨更換夾芯以匹配原始夾芯層厚度，并清潔修理區域；

5）以長度高度比50：1的斜度打磨外層合板，并進行清潔；

6）選擇在位或者離位貼補修理工藝修理層合板，第一層鋪層與層合板邊緣重疊最少0.5in；

7）經固化工藝之后，將修理區域外表面打磨光滑，完成維修區域噴漆處理。

4 總結

本文以SR20飛機為例，比較詳細地介紹了通用飛機復合材料結構損傷的修理，主要包括復合材料損傷的分類方式和檢測方法；修理的環境要求、材料要求和貼補、固化、表面處理等修理工藝；兩種損傷的修理流程。以期為通用飛機的復合材料結構修理提供參考。

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[責任編輯：楊玉潔]