浅析飞机复合材料结构修理技术

浅析飞机复合材料结构修理技术

随着科技的不断进步，复合材料逐渐出现在航空领域，在现代航空领域的发展中被广泛应用。由于复合材料已经成为现代飞机结构的重要组成部分，并且其损伤机理与金属损伤存在差异，对复合材料结构修理技术研究具有重要的现实意义。文章主要基于飞机复合材料结构修理基础之上进行研究，促进飞机复合材料的可持续发展。

标签：飞机复合材料；结构修理；技术分析

前言

国内对于先进复合材料在航空领域的应用已经取得一定成效，但对于飞机复合材料结构修理技术的研究依旧需要不断完善。由于现代航空领域需求的不断增加，对复合材料的使用要求逐渐严格。同时在具体的应用过程中需要对复合材料进行维护，体现出飞机复合材料结构修理技术的重要性。

1 飞机复合材料结构类型以及损伤类型

目前，国内外的复合材料在航空领域的应用具有广泛性特点，材料用量占总体用量总重的25%-40%，其中民用飞机占11%-16%，直升机高达60%以上。由此可见，飞机复合材料结构在航空领域的应用具有广泛性特点。对于复合材料以及损伤类型进行分析，加深对复合材料修理技术的理解。

1.1飞机复合材料结构类型

1.1.1 压层板。复合材料当中的压层板主要是由单层板粘合而成，同时构成材料可为不同材质的单层板，也可为各向异性单层板进行构成。由于单层板构成存在复杂性以及非匀质性，导致单层板的实际构成具有各向异性的特点。

1.1.2 蜂窝夹芯结构。蜂窝夹芯机构主要是由薄面板与中间胶接低密度的夹芯构成，具体的面板结构为层压板，面板较薄。其中具体的使用材料为纤维玻璃布、单向碳纤维、编织布、芳纶有机纤维布等材料。蜂窝夹芯结构比常规金属结构具有较高的比强度、抗弯强度、高结构阻尼、消音以及耐声震、隔热性等良好的性能，在航空领域应用具有较好效果。

1.1.3 蜂窝壁板。蜂窝壁板主要是承力面以及蜂窝夹芯构成，蜂窝夹芯位于承力面板之间，使得整个蜂窝壁板的强度增加[1]。此外还有骨架元件以及众多的不锈钢板材料进行实际构成。在蜂窝壁板的实际结构当中，承力面板所承受的质量一般只是自身在平面内的负荷，骨架元件在具体应用中保证局部刚劲，提升固定地点的安全性以及耐用性。

1.2 飞机复合材料损伤类型

飞机复合材料的使用在提升整体飞机性能的同时，导致在进行实际使用的过程中出现一定程度的损伤。大部分结构损伤形式主要是由于制造以及操作不当造成，其中环境因素同样是其重要的影响因素。损伤对于复合材料结构以及刚度产生一定影响，并且主要分为两个大类：第一类是大型损伤，其主要的损伤对于结构的强度以及刚度具有严重的影响，导致结构出现安全隐患。这类型的损伤需要进行及时的检测，及时的更换与修理，保证复合材料整体结构的稳定性；第二类是小型损伤，具体的损伤并不能够对性能进行影响，导致整体结构强度以及刚度下降。

2 飞机复合材料结构修理技术

由于飞机复合材料的使用，由于损伤的存在，针对复合材料的修理技术在航空领域的发展中被不断的创新与完善，为复合材料的发展奠定基础。

2.1 补片式修理技术

补片式的修理方法在进行实际的修补处理过程中，主要应用于较大型的损伤的修复，具体修复工艺较为复杂。补片式修理技术在现代航空领域的应用较为广泛，并在复合材料的修补方面具有良好的效果。考虑到补片材料、补片形式以及修理工艺，具体分为以下三种类型：

2.1.1 外搭接补片机械连接法。补片的材料在进行具体修补的过程中并没有一定的严格标准进行要求，材料的选择具有自主性特点。可以选择金属板或者是复合材料面板，需要通过抽钉等紧固件与母体结构机械进行连接，保证在飞机出现复合材料问题时能够得到及时处理，这种方法在进行外场补救的过程中被广泛应用[2]。由于这一种方法在进行连接的过程中对补片材料缺乏相应的标准约束，在使用铝合金等相关金属材料时需要考虑腐蚀问题。

2.1.2 外搭接补片胶接法。在进行外搭接补片胶接法过程中，需要重视补片大小、补片厚度以及胶层的设计。与补片大小直接相关的参数是搭接长度，考虑到国内胶黏剂的性能，搭接的长度通常为20-30毫米；补片的厚度需要根据母版厚度进行分析与设定，最佳的补片厚道的设计为母版厚度的二分之一[3]。通过具体的试验证明，具有软补片的胶接强度较低。过于刚硬的材料不能够起到良好的效果，导致在飞机复合材料的修理过程中出现相应问题。因此，需要根据具体材料以及设计进行损伤处理；胶层设计过程中，胶粘剂的具体强度影响胶接接口的强度。在外搭接补片胶接法当中，胶接接头部分会产生比较高的局部应力。在胶接部分需要增加胶层厚度，降低该处较高的剪應力，提升胶接的强度。

2.1.3 嵌入式补片修理法。此种方法是通过挖去部分的母体材料产生斜坡或者是台阶，之后与预浸料补片或者是预固化补片胶接，补片铺层与母体相同或略多[4]。该方法不仅能够消除外搭接补片修理引起的偏心弯矩，而且外形恢复较好，是一种永久性修理方法，在进行实际的复合材料的修补过程中具有重要作用。

2.2 非补片式修理技术

非补片式修理技术方法在进行飞机符合材料修理的过程中，主要是针对小损伤进行修理，操作方法较为简单，在进行外场修补的过程中较为便捷。复合材料的非补片式修理技术，存在的方法主要为以下几种：

2.2.1 注射法。在进行较小损伤修理过程中，注射法在其中具有较好的应用效果。这种方法在针对损伤区进行修理的过程，是将树脂注入损伤区，采用常温固化以及加热固化的形式，通过注射法填补修复过程中的损伤。注射法在进行实际的应用中，对于复合材料外层处理以及边缘分层处理具有较好的效果，能够实现对损伤区的处理。

2.2.2 混合物填充法。这种方式在飞机符合材料的修理技术中与注射法相似，但两者在实际的填充物方面具有明显的差异，主要的填充物为短切纤维-树脂混合物。此种方法在进行修复表面范围以及蜂窝夹层中的损伤修理具有较好效果，能够修复复合材料中较小的损伤。

2.2.3 涂层法。复合材料在航空领域的应用，需要通过涂层保证材料表面的安全性。在复合材料表面出现问题的过程中，需要通过涂层法来修复表面密封层、防腐层以及导电层，保证材料外部稳定性。

2.2.4 抽钉法。此种方法是通过分层区域或者是脱胶区抽钉法进行加强，保证恢复外界的传载能力。能够有效的控制复合材料小损伤的扩展，在具体的应用过程中具有良好的应用效果，保证复合材料外部稳定性[5]。

3 结束语

综上所述，飞机复合材料在航空领域当中的应用较为广泛，符合材料的结构以及维护工作尤为重要。需要加快修理材料的研制与开发，保证在上述修理技术的基础之上，不断完善和发展新型技术，为航空领域安全使用复合材料奠定基础，促进航空领域的可持续发展。

参考文献

[1]代永朝，陈宜参.飞机复合材料结构修理工具的设计[J].机电产品开发与创新，2014，4（2）：110-111.

[2]魏武国，曾仁维.DA40飞机复合材料结构的修理[J].航空维修与工程，2012，10（5）：168-170.

[3]陈普会，肖闪闪.飞机复合材料结构的概率设计方法[J].南京航空航天大学学报，2012，10（5）：683-693.

[4]赵金龙，陈晓宁，耿勇，等.浅析飞机复合材料雷击防护措施与试验[J].玻