航空复合材料的损伤与维修
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作者:曹景斌
摘 要：复合材料（Composite Material，CM）是一种新型材料。这种材料通常具备两种及以上的组分，是采用先进技术制备出来的。现阶段，复合材料因其良好的性能，在航空领域的应用逐渐增多。与此同时，这种材料的损伤现象也随之增多。笔者分析了其出现损伤情况的原因，并且阐述了其损伤情况评估方法。针对这些损伤情况，笔者对复合材料的两类维修方法进行了研究。
关键词：航空 复合材料 损伤与维修
中图分类号：V263.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（c）-0014-02
复合材料由于含有多种组分，复合材料能够表现出更为良好的性能。复合材料不但能够弥补单一材料的不足和缺陷，并且通过单一材料的组合实现了综合性能，突破了原有的约束和限制。复合材料通常具有更好的强度、刚度和抗疲劳性能。
1 复合材料的损伤原因分析
复合材料的损伤有多种类型。总体来说，以其损伤影响飞机运行性能的严重程度为划分依据，损伤可以分为两种类型：允許类和立即处理类。允许类是指这一损失对于飞机运行性能的影响比较轻微，可以不在当时立即进行处理。这一类的损伤往往不太严重，并且绝大多数位于飞机的非关键性位置。由冲击造成的程度较小的损伤以及非关键部位的划伤等都属于这一类损伤。对于这一类的损伤，一般情况下可以通过维修进行处理。立即处理类是指这一类损失对于飞机运行性能的影响比较严重。在这种情况下，飞机的结构完整性会受到破坏。并且这种破坏效应会逐渐扩大。因此必须要在当时立即进行处理。对于这一类的损伤，维修人员需要进行评估。如果维修所需的费用较更换所需的费用更高，或者损伤程度过于严重，维修人员就需要采用更换新零件的方式进行处理。复合材料的损伤原因主要可以分为3个方面：第一方面原因是制造缺陷。这种损伤通常是由于复合材料本身导致的。在制备复合材料时，可能因技术不成熟、操作不当等各种因素造成所制备材料存在结构或者性能上的缺陷。第二方面原因是使用和保养不当。飞机在使用过程中，由于使用人员的操作不规范会增大飞机发生碰撞的概率。这种损伤主要发生在舱门、机身以及机翼等部位。在平时的维护保养中，由于维保人员工作不够细致，可能会忽视某些已有的损伤。由于没有对其进行维修，会导致这一损伤不断加大，最终造成更为严重的问题。第三方面原因是不利的环境因素。由于飞机在自然环境中使用，可能会遇到风、雨、雷、电等各种恶劣天气。这些环境因素都会给复合材料带来不利的影响。从而留下损伤的安全隐患。此外，在阳光下的暴晒也会造成复合材料的损伤。
2 复合材料的损伤情况评估
要想对复合材料进行恰当的修复，维修人员首先应当对其损伤情况进行有效的评估。这种评估主要包括以下两个方面：一方面，维修人员应当准确地判断其存在位置。另一方面，维修人员应当恰当地评估其损伤程度。与此同时，对于损伤情况的评估，应当结合复合材料的性能、飞机结构的特点等多种相关因素进行。在这种情况下，损伤评估才能更加符合实际情况，才能更加真实地反映问题的严重程度。通常情况下，采用目视检查法就足以进行完善的评估。例如裂纹、分层、脱胶等。维修人员通过观察触摸以及轻敲等方法，就能够判断损伤发生的位置、严重程度以及损伤面积。如果采用目视检查法不能够有效地判断，维修人员可以进一步采用仪器检测法。这种方法需要使用先进的设备和仪器。具体可以分为多种类型，例如超声检测、激光全息检测等。对于目视法无法进行检测的损伤，采用这些方法能够得到较好的检测效果。这些方法得到的检测结果更为精准、全面。从而能够更加科学地量化复合材料损伤的状态。对复合材料的损伤状况进行评估后，维修人员就能够根据其特点和情况，选择合适的技术或方案进行维修。也就是说，评估是维修的重要基础和前提。评估不到位，则会导致维修技术或方案选择不合理。进而严重地影响到后期的维修效果。
3 复合材料的维修方法
3.1 胶接修理方法
胶接修理是一种新的维修工艺方法。现阶段，这种方法在飞机的维修工作中的应用很广。无论是非关键部位的复合材料的划伤，还是关键部位的复合材料的冲击损伤，采用这种方法都能够获得良好的修复结果。对于不需要使用补片的损伤部位的修复，将其称为无补片式修理。这种方法操作比较简单。其在面积较小的脱胶、凹陷损伤中的应用较多。修理人员可以直接在损伤位置进行钻孔。钻孔的类型有透气孔和注胶孔两种。透气孔的存在是为了避免损伤部位出现真空区域。如果在注胶孔中出现真空区域，则修理效果会大打折扣。注胶孔就是用于注入填充物的孔洞。维修人员采用压力枪等工具，将填充物从注胶孔中注入。当填充物填满注胶孔和构件内部的空隙部位后，便会从透气孔中溢出。此时，修理人员就可以对修理部位进行加压以及加热处理。从而使填充物与修复结构紧密地结合在一起。常用的填充物材料为纤维、树脂等。对于复合材料的分层损伤情况，修理人员可以采用熔接修补（Weld Repair）的方法。对于需要使用补片的损伤部位的修复，将其称为补片式修理。这种方法更多用于损伤较为严重的状况。它的操作工艺较为复杂，要求修理人员具有一定的技能基础和经验。当厚度较小的层合板出现损伤时，修理人员就需要采用补片式修理方法。此时修理人员只需要在层合板的外部增加补片即可。而当厚度较大的层压板发生损失时，修理人员需要在其内部增加补片。因此，其修理难度会相应增加。总的来说，胶接修理方法的应用效果是比较好的。它能够较好地避免应力的产生。
3.2 铆接修理方法
铆接修理方法在实际修复中的使用频率较低。通常情况下，只有当胶接修理不满足条件或者修理效果不理想的时候，修理人员才会考虑选择这种修理方法。根据其修理的位置，这种方法可以划分为两种类型：嵌入铆接和外部铆接。嵌入铆接方法是指将修补用的材料（补片）嵌入到损伤位置处。外部铆接方法是指将修补用的材料（补片）贴附到损伤结构表面上。然后都是采用铆接的方式进行连接。铆接是一种机械连接方式。因此，这种方法会给结构带来较大的应力集中问题。此外，采用铆接需要使用大量的紧固件。这会在一定程度上增加飞机的自重。所以这种方法并不是十分提倡使用的。只有当构件的厚度非常大，并且承受应力较小的损伤位置，才会考虑使用这种方法。
4 结语
如今，复合材料在航空领域的应用非常多。在大量应用的同时也带来了很多的损伤问题。这些损伤多数是由于制造、使用、保养和环境因素造成的。对于复合材料的损伤，维修人员应当首先对其程度和损伤状况进行评估。然后采用合理的方式进行修复。目前，复合材料的主要维修方法有两种。但是随着技术的进步，维修方法也在不断创新。维修人员一方面应当积极学习先进的修理技术，另一方面也要主动进行创新，寻找效果更好的修理方法。
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