飞机复合材料修理技术研究

王泽南

摘 要：复合材料在飞机领域的应用范围越来越广泛，在制造和使用过程中出现了各种结构缺陷和损伤，因此对复合材料的修理和维护成为重要的研究领域。对飞机复合材料的合理维修可以有效降低成本，提高飞机的安全系数。主要对复合材料在飞机领域的应用进行了介绍，总结了常见的复合材料维修方法。

关键词：复合材料;维修;应用

一、复合材料的结构构成

该机型所使用的复合材料是由玻璃纤维或由环氧树脂基体（树脂）制成的碳布组成的。环氧树脂基体可以保护纤维，并转移分布在纤维上的载荷。环氧树脂是一种热固性材料，一旦其形状成型，将不再改变。纤维具有抗拉强度高的特点，但其抗压和弯曲强度较低;环氧树脂基体具有较高的抗压强度和剪切强度。其中，固体压板（层压板）结构是由一个或多个纤维布和环氧树脂基体铺层组成的;二级胶接是用胶粘剂将预固化的复合材料零件固定的结构连接;夹层结构是由两个包围着闭孔泡沫芯的层压板组成的。

二、飞机复合材料的维修技术

2.1飞机复合材料的维修准则在飞机复合材料的维修中，需要满足以下几点

要求：

1）满足飞机的载荷和强度要求;

2）满足结构的刚性要求;

3）满足耐久性要求;

4）满足气动光滑性要求;

5）修理后增重效应小;

6）修理的时间短、成本低。

2.2飞机复合材料修理方法

在飞机复合材料的修理方法中，主要包括了贴补法、挖补法、注胶法、机械连接法等方法。按照连接形式划分，可以分为机械连接修理和胶接修理两种。

（一）胶接修理

胶接修理是飞机复合材料最为常见的修理方法，在飞机复合材料中主要采用的结构形式是层合板和复合材料蜂窝夹芯结构。在复合材料蜂窝夹芯结构的修理中主要是层合板和芯材的修理两个方面。在复合材料修理的分类中，可以根据补片与原结构的位置分为贴补修理和挖补修理。

（1）贴补修理

在贴补修理中主要是在损伤结构的外表面胶黏固定补片的修理方式，通过贴补修理可以恢复损伤构件的结构强度和刚度。首先将损伤区域的结构清除，打磨成圆孔，也可以根据实际需求打磨成任意形状。在单面补片修理适合访问空间受限的结构，但是会导致载荷偏心，造成应力集中点。为双面补片貼补修理示意图，在修理访问空间较大的情况适用，可以减小或消除单面补片贴补修理造成的偏心载荷。补片通常制作成圆形，可以选用与原结构材料相同的预浸料或者预先固化好的复合材料层合板，甚至选用金属材料板等。从设计角度上讲，补片贴补修理

的设计参数主要包括补片大小、补片厚度、补片的铺层顺序以及胶层的设计。贴补修理方法具有操作简单、施工方便的优点，缺点是在补片周围的剥离应力较高，对外界的气动外形具有一定的干扰。在实际修理中，需要对补片的边缘进行削薄处理，一方面可以降低剥离应力，另一方面可以减少气动扰动。贴补修理一般作为复合材料主承力结构的临时修理方法，或用于载荷较小和相对较薄的复合材料结构的永久修理方法。

（2）挖补修理

瓦片修补的方法可以保持原有的结构外形，修补之后的结构在胶接面上的应力分布较为均匀，适合对于较厚的复合材料板材的修复工作。修理过程首先对修理部位的损伤处进行打磨，去除多余的材料，然后用补片进行填充，通常采用阶梯或者斜坡形状以增加受力面积，因此可以将挖补分为两种斜面挖补修理和阶梯挖补修理。挖补法相比于贴补法不存在载荷偏心的问题，而且层间的剥离应力较小，适用于较为厚的层合板的损伤修理，可以得到较为光滑的表面，对于飞机的气动性能影响小。在对于气动性能要求较高的构件，如发动机短仓、吊挂和机翼前缘等部位必须采用挖补法进行修理。

（3）搭接挖补修理法

搭接挖补修理法是通过胶接的方式将两块完全分离的复合材料连接在一起，区别于搭接法的方面是该方法将复合材料补片填充与两块木板之间，可以保证修补处的厚度与原来相近。根据搭接部位的形状可以分为斜面形搭接挖补和阶梯形搭接挖补。搭接挖补修理构型试件可以用于补片挖补修理构型的基础研究，特别是胶层破坏特性的研究。

（二）机械连接修理

机械连接修理指通过紧固件，将补片和被修理构件通过机械方式连接在一起的修复方式。主要采用的机械连接方式有螺钉和铆钉等方式，该方式操作简单不需要辅助设备，适合于外场飞机修理。机械连接修理技术具有操作简单、可靠性高、传递载荷大、抗剥离性能好等优点。缺点是通常需要在被修理构件上进行钻孔操作，使得构件的整体强度有所下降，容易产生应力集中的点。因此该方法适用于对于气动性能要求较低的复合材料构件，在复合材料的修理中提倡采用铆钉连接避免采用螺钉方式。在使用铆接方式中，需要考虑复合材料的层间强度和抗冲击性能问题，安装中宜采用压铆。为了提高复合材料局部强度，在铆接墩头下放置垫片，可减少残余压力，改善接头性能。在机械修理中需要注意一下几点问题：

1）补片的材料、厚度和形状;

2）紧固件的材料、种类;

3）紧固件的位置排列;

4）正确的制空工艺;

5）钻孔位置对于构件性能的影响;

6）紧固件的装配和密封。

（三）注射树脂法

注射树脂法适用于飞机复合材料出现的脱胶和分层缺陷，使用过程中要根据具体的缺陷来源。由于局部胶接压力不够或者表面污染造成的缺陷，需要对表面的污渍去除后方可得到可靠的胶接效果。如果使用中造成损伤，而且表面未收到污染的情况下，胶接效果较好。该方法需要设置注胶孔和出胶孔，钻孔深度需要达到缺陷深度。适用于孔边分层和结构边缘的分层、气泡脱胶等缺陷的修复。其工艺流程：1）在缺陷处上下打孔;2）从下方钻孔注胶直到上方钻孔胶溢出;3）用胶带封住两个钻孔并加温;4）待胶固化后去掉胶带，打磨平整。

（四）填充与灌注修理

该方法是将修补填料填充或者灌注到缺陷区域对其性能进行恢复的修理方法，主要用于蜂窝结构的修补。当蜂窝夹板层的载荷较小时，该方式可以对表板进行稳定和密封损伤区域，放置损伤的继续扩散。

结语

本文介绍了某机型复合材料的构造方法，针对该复合材料的特性，对复合材料的损伤区域、等级的判定方法进行了介绍，并阐述了该复合材料的修理程序及方法，对该类型及类似结构的复合材料修理具有一定的实用价值。

参考文献

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