复合材料在飞机上的应用与修理

2018-05-14邵博

科技风 2018年8期

邵博

摘要：现如今复合材料在飞机建造过程中的用量成为了衡量机体结构先进性、科学性的重要指标，复合材料零件有结构简单、重量轻、使用寿命长、维护便利、可靠性高的优势，其应用可以提高飞机的有效载荷和起飞重量。因此，复合材料的使用能够促进飞机复合材料构件的成型和固化技术的发展，复合材料的应用修理也成为了航空研发人员的重要研发方向。

关键词：复合材料；飞机；应用修理

我国飞机的材料选用开始逐渐从金属转变为混杂结构技术，应用材料变的更加可靠、安全、经济和舒适，这也是飞机运行发展所需要的。因此，复合材料本身具有的耐高温、材质轻等优势能够满足飞机对应用材料的要求，使其成为了飞机制造的主要结构件，并且用量在不断加大。近年来复合材料在我国的航空领域取得很大成效，研发人员对复合材料使用要求也变得越来越严格，复合材料的修理技术和应用研究还需要不断完善。

一、复合材料在飞机上的应用

（1）复合材料在旋翼桨叶上的应用。通过早期对复合材料的尝试性使用，发现了复合材料的突出优点，其优异的抗疲劳性、多路传载缓慢的裂纹扩展、简易的模压成形工艺都在旋翼桨叶上得到了体现。符合材料的应用不仅提高了飞机运行的安全，还降低了桨叶的使用寿命，降低维修成本，增加了航空公司的经济效益。通过专业人员对新翼型的研究，今年来我国研发了一系列新型飞机桨叶翼型。主要的特点是，翼型从对称型变成了全弯曲、非对称；桨尖形状从矩形变成了后掠、尖削，改善了桨叶的载荷分布、振动、桨涡干扰和噪声特性，并提高了旋翼的工作效率。设计人员还实现了桨叶性能和减振降噪的优化，并在运行过程中取得了显著成效。

（2）复合材料在桨毂的应用。桨毂的复合材料应用相对桨叶来说更加的困难。纤维缠绕环套式桨毂，能够减轻桨毂的重量，提高安全性和可靠性。纤维缠绕内、外环式桨毂盘能够进行多路传载，不仅美观还安全。球柔性铰接式桨毂结构简单紧凑，需要定期进行维护，成本低。整体式的桨毂/旋翼轴组件能较少飞机的当量废阻面积和耗油量，新型复合材料桨毂的柔性梁变形桨叶的挥舞、变矩运动、摆振的无轴承桨毂结构，是旋翼技术领域的重大突破。

（3）复合材料在机体结构的应用。飞机外形的曲面复杂，受载小，适合应用复合材料进行加工，提高机体的损伤容限，使飞机的运行更加安全可靠，满足飞机的耐坠吸能和隐身结构设计需求。全复合材料机身和铝合金准机相比，在机身重量、可靠性、生产成本和维护方面都有良好效益。复合材料在机体的尾梁、垂尾和平尾构件上首先进行了应用，既能减重又方便成形。轻小型飞机的结构简单、壁薄、受载小，采用复合材料并不经济。

二、飞机复合材料结构修理

（一）补片式修理技术

（1）外搭接补片胶接法。在通过外搭接补片胶接法进行修复的过程中，最佳补片厚度应为母版厚度的一半，并根据母版厚度进行设定和调整，搭接长度要考虑到我国胶黏剂的使用性能。具体试验表明，刚硬材料不能够起到很好的效果，软补片胶接强度低，在飛机运行维修过程中经常出现问题。胶粘剂的强度会影响胶接口的强度，要根据使用材料的性质进行修复。

（2）外搭接补片机械连接法。补片材料的选择具有自主性，修补过程中没有统一标准，可以是金属板，也可以是复合材料面板，保证在飞机材料出现问题时及时的进行解决，这种方法在连接过程中要考虑到腐蚀问题。

（3）嵌入式补片修理法。该方法是水久性修理方法，修理过程是挖去一部分母体材料，在预浸料补片后与母体材料进行胶接。使用此种方法进行修复，不会对飞机的外观产生影响，可以消除修理引起的偏心弯矩，在实际复合材料修补过程中得到了广泛运用。

（二）非补片式修理技术

（1）涂层法。当复合材料的表面显现出问题时，为了保证材料的安全性和材料外部的稳定性，飞机研发人员会运用涂层法对表面密封层、防腐层、导电层进行修复。

（2）注射法。注射法可以对复合材料的损伤区进行有效的修理，特别是外层和边缘分层的损伤，注射法的使用过程是以常温固化和加热固化的形式在损伤区注入树脂进行修复。

（3）混合物填充法。混合物填充法和注射法极其相似，主要填充物是树脂混合物。但两者的实际填充物存在明显差异，这种方法能够修复较小的损伤，可以用来进行表面范围和蜂窝夹层中修理。

（4）抽钉法。抽钉法能有效的控制小损伤的扩大，在使用过程中加强分层区域或脱胶区的树脂注射法和混合物填充，来保证外界传载力的修复，目前已被广泛运用到碳纤维的边缘分层修理，并取得了良好效果。

三、总结

复合材料是飞机制造过程中急需的理想型材料，现已被广泛应用于到机翼、机身和发动机部件中，成为了现代机体结构的主要组成部分，并且其损伤形式也存在不同，这对复合材料修理技术的研究有重要意义。

参考文献：

[1]王哲，栗晓飞，吴建华，刘秦智.民用飞机复合材料结构修理要求研究[J].航空标准化与质量，2016，（01）：1619+34.

[2]徐磊.飞机复合材料结构修理技术[J].科技视界，2016，（15）：21+27.