復合材料在飛機領域中材料損傷與適航評定的研究

馬賀

摘 要： 隨著材料技術在飛機領域中的不斷發展，飛機零件材料越來越重要，而復合材料在飛機領域的應用也變得尤為突出，在飛機制造過程中，要分析飛機材料損傷機理，通過它來選取正確的材料，飛機制造完成之后還需要對復合材料進行試航評定，最終符合飛機加工性能。

關鍵詞： 復合材料；材料損傷；適航評定

1.復合材料

飛機復合材料應用的比較廣，復合材料是指材料中含有兩種或者以上的不同物理和不同化學性質的物質，它的性能要高于單一材料，飛機制造正是看中這點性能，一般飛機上所需要的材料都是特殊性能的，飛機機身上利用復合材料的位置如圖1.1。

飛機上最早應用的復合材料是以碳纖維為主體的復合材料，主要是強度高的優點，與剛才相比較，這種材料應用在飛機上，可以減少飛機質量的20%-30%。

飛機復合材料還具有可設計性強、疲勞性、耐腐蝕性好的優點，在飛機的機翼和機身上廣泛應用，占全機結構的50%以上，在飛機的設計上，復合材料不僅應用在主體結構上，飛機發動機上也同樣應用，噴管、高壓壓氣機等。

復合材料的性能如下：

（1）設計性強、因為復合材料結合多種材料加工而成，它的性能結合了多種特性，所以在設計上容易；

（2）材料與結構同一性，在復合材料加工時候，由于復合材料和材料同時加工，通過組成復合材料的材料形成結構，所以它們是同一性；

（3）疲勞性好，因為復合材料的塑性好，比較金屬，它的疲勞性能要好，同時出現裂紋時候，也不會擴大；

（4）減震性好，復合材料有較高的自振頻率，還能吸收振動。

2.材料損傷

飛機復合材料的損傷如圖2.1。

飛機機構上應用復合材料對飛機的生產、設計和以后的維修帶來了方便，但是由于它不是金屬材料，在今后的使用和工藝生產過程中，帶來了巨大的挑戰，同時在不同的材料復合一起，性能和材料膨脹系數也不同，同時在制造過程中還會出現氣孔、開裂、分層等缺陷，同時飛機復合材料在飛機裝配過程中還需要特殊裝配，因為在裝配過程中由于施工環境、撞擊等，會對復合材料造成損傷。

復合材料損傷形式主要有：

（1）表面損傷，這種損傷一般是出現在零件的表面，會出現例如劃痕、凹槽、凹點等，這種損傷最常見，同時這種損傷危害最小，它不會影響內部結構；

（2）分層，這種損傷是復合材料層分離，一般分成兩層或以上，這種情況一般是結構上出現損傷，也可能有異物進入復合材料層中；

（3）脫落，這種是材料本身粘連不好，在外力持續作用下，復合材料會出現脫落；

（4）芯子壓壞，這種損傷是材料在蒙皮外力的作用下，壓迫芯子導致的損傷，有蒙皮回彈性能好，所以這種損傷一般不容易發現；

（5）穿孔，這種損傷的危害最大，復合材料發生雙面破壞；

（6）裂紋、這種損傷是最嚴重的，出現裂紋，表面復合材料已經不能使用，需要進行更換。

3.適航評定

飛機復合材料設計、加工、組裝完成之后，需要對其進行適航評定，要對主要零件進行測試、評估，分析如何造成損傷，然后進行替換，對次要零件分析是否能影響飛機性能。

對復合材料進行損傷評估，要通過部件的類型、損傷的形式、損傷的程度、帶來的后果等方面進行評估，有些零件會出現多處損傷，要分析可接受的損傷距離，如圖3.1。

分析完成之后，有些復合材料是可以進行修復的，修復的要求是不要改變材料的性能，不要新增其他損傷，不要破壞保護層。

結論

復合材料在飛機中的應用，由于材料的異性不同，它的損傷、失效的形式也會不同，在飛機應用復合材料中，要知道常見的斷裂和疲勞的形式，同時避免材料的先天缺陷，通過正確的檢測方法和檢測設備，將正確的優越的材料應用在最合適的位置，提高飛機使用性能和增加安全系數。

參考文獻

[1]范玉青.現代飛機制造技術.[M].北京：北京航空航天大學出版社.2001.

[2]陳紹杰.先進復合材料在飛機上的應用及發展.[J].航天科學技術.1998.

[3]楊乃賓.章怡寧.復合材料飛機結構設計.[M].北京：航空工業出版社.2004.

[4]李鳳霞、王蓉暉、王大鵬.航空企業質量檢驗控制系統的研究與開發.[J].中國管理科學.2002.