复合材料蒙皮制孔错误修理方法研究

艾明　房晓斌　刘梦辉

摘 要：本文针对飞机复合材料蒙皮出现的制孔错误，分析零件结构、选用材料、故障部位、修理操作性，提出一种合理的修理方案并实施蒙皮修理。修理后的部位，功能恢复达到使用要求。

关键词：复合材料;蒙皮;修理方法

复合材料蒙皮在生产过程中，可能由于一些不合理操作，导致出现结构损伤。本文以某型号飞机复合材料蒙皮出现的制孔孔位错误为例，对复合材料蒙皮损伤区域的确定、修理方法进行了论述，同时提出了合理的修理方案并实施修理。

1 复合材料蒙皮结构形式及故障描述

1.1 结构形式

某型号飞机复合材料蒙皮为碳纤维/芳纶纸蜂窝夹层件，材料选用高温环氧碳纤维预浸织物、高温环氧碳纤维预浸单向带、高温环氧树脂胶膜以及NOMEX蜂窝芯。

1.2 故障描述

该复合材料蒙皮属于襟翼部件的次级零件，在与复合材料梁、金属肋等零件装配连接过程中，由于操作失误，导致蒙皮一侧28个防磨板安装孔孔位偏差，最大孔位偏差约14mm，并且多制2个安装孔。

2 复合材料蒙皮故障修理方法确定与验证

2.1 修理原则确定

由于复合材料蒙皮上故障孔数量多、孔位偏差大，若使用树脂进行填充，或者使用树脂浸润干纤维进行修理，根据飞机维修相关文件判断，无法有效弥补蒙皮的结构强度和刚度损失。根据飞机维修相关文件中提到的修理原则，可设计采用预浸料替换方式进行故障部位的修理。故针对复合材料蒙皮的故障部位，采取切除故障区域蒙皮，然后采用预浸料补偿并固化实施修理。

2.2 修理材料选择

由于复合材料蒙皮选用了高温环氧碳纤维预浸料，所有在蒙皮故障部位修理时，选用高温环氧碳纤维预浸料进行修理。

2.3 修理方法设计

（1）修理方法一。切除复合材料蒙皮故障部位1080mm×43mm区域。然后在蒙皮故障区域周边，靠模面及靠袋面各打磨去除3层预浸料，预浸料采用斜度打磨，每层预浸料打磨尺寸增加13mm。在故障区域，重新从靠模面铺贴恢复铺层，斜度打磨去除的3层预浸料在重新铺贴恢复时，恢复的铺层与原铺层采用搭接形式铺贴，搭接量为13mm，其余铺层采用对接形式铺贴，对接间隙控制在1.5mm之内。恢复铺层后零件靠袋面与靠模面各增加一层过铺层用于弥补结构强度，过铺层延伸出恢复的铺层至少13mm。最后采用热压罐固化零件修理区域。

（2）修理方法二。从靠模面去除铺层直至将故障区域铺层全部去除，每一层去除的铺层最小增加7.5mm，铺层去除采用斜度打磨法。在故障区域铺贴胶膜后按原铺层顺序及角度逐层恢复铺层，每层恢复的铺层与原铺层搭接铺贴，搭接量最小7.5mm。恢复铺层后在靠模面增加一层过铺层用于弥补结构强度，过铺层延伸出恢复的铺层至少13mm。最后采用热压罐固化零件修理区域。

（3）修理方法三。从蒙皮靠袋面去除已固化的铺层，每一层去除的铺层最小增加7.5mm，铺层去除采用斜度打磨法。在故障区域铺贴胶膜后按原铺层顺序及角度逐层恢复铺层，每层恢复的铺层与原铺层搭接铺贴，搭接量最小7.5mm。恢复铺层后在靠模面增加一层过铺层用于弥补结构强度，过铺层延伸出恢复的铺层至少13mm。零件靠模面恢复高温环氧玻璃纤维织物材料及表面膜，修饰表面所用的表面膜材料及防电化腐蚀所用的高温环氧玻璃纤维织物材料按原有面积进行铺贴。最后采用热压罐固化零件修理区域。

2.4 修理方法对比分析

对比分析三种修理方法，优点和缺点如下：

修理方法一，可以最大限度的减少零件返修面积，减少因修理破坏的零件结构强度，并且在实际返修操作过程中较为容易进行操作;但是由于大部分铺层为对接铺贴，修理完成后零件强度恢复有限。

修理方法二，修理过程中所有铺层为搭接铺贴，修理完成后可以最大限度恢复原有强度;该修理方法是从靠模面开始，修理完成后对后续装配的影响非常小，但按此方法进行返修时，去除的铺层部分为局部加强层，因其从靠模面开始去除铺层，恢复铺层时加强层很难精确定位边界，可能存在破坏设计铺层边界结构的风险，并且因其是从零件靠模面开始返修的，会对气动外形造成轻微的影响。

修理方法三，返修后可以最大限度恢复返修区域原有强度。由蒙皮靠袋面进行返修，恢复铺层的过程可以使用激光投影设备对恢复的加强层进行准确定位，不会影响设计铺层边界结构，但是因需要增加过铺层对零件进行结构补强，会引起配合面阶差，可能对后续装配造成影响。

2.5 修理方法确定

修理方法一，修理后蒙皮强度恢复比使用树脂进行填充、后续使用树脂浸润干纤维进行返修的方式要好，但缺陷区域过大，恢复的强度远不能满足设计强度需求，故不建议采用修理方法一进行修理。

修理方法二，修理过程中操作非常不便，难以实施，且加强层无法准确，故不建议采用修理方法二进行修理。

修理方法三，操作便利，工艺实施性强，实施修理后蒙皮故障部位强度可满足设计需求。对出现的配合面阶差，可以修配连接件消除装配干涉影响。

故选择修理方法三对蒙皮故障部位进行修理。

3 结语

按照分析及讨论确定的修理方法，对复合材料蒙皮故障部位实施了返修。复合材料蒙皮修理后，呈现的修理结果与分析的结果一致。复合材料蒙皮修理后，通过了无损检测和强度测试，满足装机需求，该蒙皮已安装于某型飞机襟翼部件中。复合材料蒙皮制孔故障的成功修理，为后续复合材料蒙皮故障的返修提供了借鉴。

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