航空復合材料的損傷與維修措施探討

潘興軍

摘要：航空復合材料通過不同材料的組合獲得良好的綜合性能，但材料特性也決定了其在使用過程中容易產生各類缺陷或損傷。合理進行復合材料損傷評估，能夠根據損傷情況確定結構能夠恢復到與周圍結構相匹配的剛度、強度等，從而采取科學維修措施保證，通過去損、鋪設修理層等操作實現材料結構膠接處理，使材料的經濟性和安全性得到增強。

關鍵詞：航空復合材料;損傷評估;維修措施

引言

復合材料帶有強度高、比剛度大、質量輕、耐腐蝕等多重優勢，所以在航空領域得到了廣泛運用，如民航飛機的尾翼，雷達罩，機身蓋板等部件都大量使用了復合材料。但長時間在各類環境下使用，不可避免的造成復合材料受損。為保證結構完整性和功能得到恢復，還要做到科學維修，保證材料在使用壽命期內能夠維持良好性能。

一、航空復合材料的損傷評估

航空復合材料的損傷帶有一定周期性，需要由經過特殊培訓的人員進行損傷檢查和評估，分析對材料造成損傷的因素給材料帶來的影響，并對損傷程度和范圍進行確認，從而確定合理的修理方法，使構件保持良好性能狀態。從損傷形式上來看，包含分層、起皺、凹坑、劃傷等多種，非關鍵部位且程度較輕的損傷不會給結構完整性和強度帶來顯著影響，如輕微凹坑、劃傷等，屬于允許損傷，可以通過及時修理取得較好修復效果[1]。除此以外的損傷則會造成結構強度與剛度低于允許水平，從經濟性、安全性等角度考量不合理則需要換件處理。對損傷進行評估，主要采用目視檢測法和儀器檢測法。目視確定損傷部位、面積等情況后，確認是否存在水分、燃油等外來物進入。可以配合敲擊方法對損傷程度進行判斷，通過輕輕敲打判別聲音實現脫層探測。采用儀器檢測法則要對損傷部位進行無損檢測。按照規定，評估前不能用退漆劑對漆層進行處理，以免造成樹脂部位被破壞。為保證評估結果可靠性，一般需利用超聲波檢測儀確定材料結構是否存在分層，并利用X射線探傷機確定結構內是否存在水分或其他物質。

二、航空復合材料的維修措施

在對航空復合材料進行修復時，通常采用膠接措施。在對損傷位置進行修復前，還要對損傷部位進行打磨去除，做好膠接準備。在蜂窩發生損傷的情況下，則要進行芯塞更換，然后進行修理層鋪貼，最后通過加熱固化使結構得到修復。

（一）膠接準備

在膠接準備階段，需要先對損傷進行去除。將構件損壞的蒙皮鋪層去除后，進行芯層打磨。在膠黏劑去除后，可以在暴露芯層上布置金屬物，在其中心布置熱電偶，然后鋪設玻璃纖維吸膠布。利用膠帶對結構進行固定，然后在邊沿布置真空軟管，采用真空設備將積存水分去除。對損傷區進行去除，還應將損壞層壓板修整光滑。蜂窩發生損壞，去除范圍應達到損壞界限至少0.5in，并修整到與蒙皮保持相同形狀。期間應避免切入未損壞蒙皮。在纖維層去除上，保護區允許各替換鋪層實現0.5或1.0in疊層。對板內表面和非關鍵啟動表面，可以采用No.240級別以上打磨碟或砂紙將油漆飾層或Tedlar膜層去除，各層至少0.5或1.0in。損傷深度較大，需要填充至與表面齊平狀態。對外表面進行打磨，應對周圍錐面進行清理、打磨，確保現有鋪層錐面達到0.5或1.0in距離。利用真空清潔機將打磨塵埃去除后，利用溶劑對表面進行擦拭。

（二）蜂窩處理

對蜂窩芯塞進行更換，需要按照工藝卡進行正確構件選取，保證與原始芯層類型、等級等相符。安裝芯塞時，應保證與原本芯層齊平，條帶方向一致，使芯層充分搭界，以便與周圍芯格壁接觸。經過修整，能夠使安裝的芯塞達到原始深度。期間，應考慮芯塞固化收縮問題，綜合分析鋪層厚和各層間膠粘劑影響。對芯塞進行清洗，應注意通風和保護，遠離火源、熱源等。為避免芯層材料受損，被污染芯層在溶劑內浸泡時間不超60s，禁止將零件浸在溶劑中或使零件表面滯留溶劑。完成局部洗滌后，確認芯層干燥、無痕才能進行芯塞安裝。

（三）鋪設修理層

對修理層進行鋪設，需要根據評估后編制的維修方案確定修理層材料，目前主要采用玻璃纖維和碳纖維[2]。根據工藝卡對材料進行辨識后，確認纖維編號、方向等信息后，可以按照鋪層鋪設工藝要求進行作業。切割的鋪層尺寸應滿足切割數目要求，即滿足補片需求層數要求。在浸樹脂過程中，需要完成兩塊分隔膜切割，周邊尺寸比織物大3.0in。在分隔膜上進行一塊織物鋪設后，調膠后均勻涂抹，然后覆蓋第二塊分隔膜。利用滾輪對表面進行擠壓，將結構內部空氣去除，并將多余樹脂趕至邊沿。

（四）加熱固化

在結構加熱固化階段，需要將厚1mil有孔FEP分隔膜鋪設在修理部位表面，邊緣比補丁邊緣大3in。在周圍均勻布置熱電偶，并在記錄器上緊固。在多孔FEP上鋪設Style 120玻璃纖維，用于表面吸膠，邊緣比分隔膜大2in。在其上覆蓋無孔FEP隔離膜，厚度達到2mil，邊緣與有孔分隔膜齊平。在無孔隔離膜上，需要鋪設玻璃纖維，邊緣與吸膠布齊平。在表面邊緣位置固定真空軟管后，可以進行固化加熱。加熱源可以采用電熱毯、紅外線加熱等等工具，根據邊緣熱電偶最低讀數對固化溫度進行確認，時間為零件達到固化穩定后的周期。在循環固化期間，應使22in泵柱保持真空狀態。如采用加熱毯固化，應在表面鋪設加熱毯，確保超出鋪層邊緣2in，熱電偶位于中心位置。加熱毯上鋪設4-6層玻璃纖維織物，達到絕熱效果，避免真空袋受損。外圍6in范圍利用密封膠帶密封，確認真空袋無泄漏問題后，可以將其抽真空。固化后，可以將真空袋和分隔膜取消，確認是否存在凹陷、氣泡等缺陷。確認無問題后，需要對表面進行重新處理，對最底層邊緣進行輕輕打磨，避免損傷纖維的同時，得到光滑表面。按照工藝要求，可以涂刷一層Tedlar膜進行密封處理，然后固化。復雜構件形狀不規則，固化時容易受熱不均，還要加強保溫和監管。在表面漆層遭到去除的情況下，則要重新噴漆。

結論

在對材質為航空復合材料的飛機構件進行維修，還要做好材料損傷評估，根據損傷狀態確定能否維修和完成維修方案的科學編制，保證結構完整性和功能恢復到要求狀態。在實踐維修工作中，還要做好膠接準備、蜂窩處理、鋪設修理層等各環節的處理，從而取得良好維修效果，為飛機的飛行安全提供保障。

參考文獻：

[1]戴京濤，孫志娟.復合材料修復飛機損傷孔有限元分析[J].裝備制造技術，2020（03）：139-142.

[2]沈怡.探討飛機復合材料維修中非常規固化技術的有效運用[J].科技經濟導刊，2019，27（06）：85.

作者單位：山東太古飛機工程有限公司