飞机复合材料损伤检查及维修技术研究.pdf
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1、技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 32 期飞机复合材料损伤检查及维修技术研究白明玉(东方航空技术有限公司西北分公司,西安 710000)复合材料一般是由基体和增强纤维过复合工艺组合构成的一种新型材料。先进复合材料具有质轻、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计、成型工艺性好和成本低等特点,是理想的航空结构材料。现代大型民航飞机复合材料用量均已达到全机重量的一半以上。本文通过对飞机结构复合材料的损伤检查和维修实践,旨在探索飞机先进复合材料的维修技术,为保证航空安全和降低航空运营成本提供帮助。1复合材料在飞机上的应用
2、先进复合材料正在逐步成为现代飞机的主要结构材料。如 B787 飞机和 A350 飞机复合材料用量均已达到全机重量的一半以上;而且 A350 飞机已将复合材料用于承力等关键部件。碳纤维复合材料的比强度高,使用碳纤维复合材料可以减轻飞机的重量,可以大大提高燃油效率;碳纤维复合材料性有助于减少飞机零件数量,从而提升飞机的可靠性。自从 20 世纪 70 年代美国首先在飞机水平尾翼上采用复合材料后,复合材料不仅用于垂直安定面、水平安定面及前机身等飞机结构件,而且还应用于飞机机翼、机身等承力及关键部件。飞机复合材料的增强纤维也由玻璃纤维发展到凯夫拉纤维、硼纤维、碳纤维,其中碳纤维因其具有产量高、性能好、纤
3、维类型规格多和成本低经济实惠等特点应用最为广泛。复合材料结构在飞机中的应用主要分为次要结构、主要结构、关键结构 3 类。其中次要结构是指不参与主要承力或者传力的部件,但如果损伤会明显降低气动性能,如装饰板、整流罩、发动机短舱等。主要结构是指不参与主要承力或者传力的飞行控制面,但如果破损则会影响飞行操纵。如襟翼、扰流板、升降舵和方向舵等。关键结构是指承受和传递飞行载荷、地面载荷、增压载荷的飞机零部件,如机身机翼的蒙皮、隔框、前后梁和桁条等。2复合材料的缺陷及损伤复合材料常见的缺陷有脱胶、夹杂、铺层顺序错误、铺层角度和厚度超差等,缺陷常常产生于复合材料的制造过程中。只有脱胶、夹杂等缺陷才可以进行修
4、理。与金属材料一样,飞机复合材料常见的损伤有表面作者简介:白明玉(1993-),男,助理工程师。研究方向为飞机维修工程研究与实践。摘要:随着现代航空业的迅猛发展,复合材料在飞机结构中的占比愈来愈大。该文概述飞机复合材料在飞机结构上的应用、缺陷及损伤种类、检测方法、修理容限和维修技术等内容,重点介绍复合材料的机械连接修理技术实践过程。关键词:飞机复合材料结构;损伤检查;修理容限;维修技术;机械连接中图分类号院TB33文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤32-0173-04Abstract:With the rapid development of modern aviation
5、 industry,the proportion of composite materials in aircraft structuresis increasing.This paperprovides an overview of the main content of aircraft composite material mechanical connection repairtechnology,including the application of composite materials in aircraft structures,types of defects and da
6、mages,detection methods,repair tolerance,maintenance technology,etc.,with a focus on the mechanical connection repair technology and practical process ofcomposite materials.Keywords:aircraft composite structure;damage inspection;repair tolerance;maintenance techniques;mechanical connectionDOI:10.199
7、81/j.CN23-1581/G3.2023.32.043173-2023 年 32 期技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application划伤、孔边分层(起绒)、雷击损伤等,损伤主要产生于零件的生产和使用过程中。另外,复合材料还有分层(脱胶)、树脂瑕疵和蜂窝积水 3 种特有的损伤,这 3 种损伤最终都会导致分层,分层在剪应力和压应力作用下,就会导致载荷传递错误,引起结构破坏。一般来讲,损伤可以被修理,但缺陷不能。3复合材料的损伤检查复合材料损伤的常见检查方式有感官检查和仪器仪表检测两大类型。3.1感官检测感官检测是利用人的视觉和听觉器官判别复
8、合材料的损伤情况,感官检查对人的经验和水平依赖度较大。感官检查主要包括目视检测和敲击检测 2 种方式。目视检测主要依赖人的眼睛观察复合材料内外表面,以确定是否有变形、变色、裂纹及紧固件松动等情况,绝大多数情况下还需借助放大镜和工业内窥镜等仪器。敲击检测主要是利用工具敲击工件表面,通过辨别回声的变化来确定损伤出现的位置及大小。敲击检测有人工手动敲击检测和设备自动敲击检测。人工手动敲击就是借助敲击棒、硬币或者敲击锤等对工件进行敲击,人工手动敲击的幅度、路线形状、频率完全由人掌握,操作人根据自己的经验和水平判定工件损伤的位置、范围和损伤程度;设备自动敲击是利用专用设备进行自动敲击并采集回声来判定损伤
9、情况。常见的专用工具有 WP-632 电子敲击检测仪和 Airbus 公司推荐的 PN98A57103013 自动敲击检测工具。敲击检测有一定的应用条件:工件尺寸等于和大于 25 mm 的夹层结构;纤维层层数要求不多于 3 层的纤维蒙皮结构。另外,敲击检测要求相邻敲击点间隔不超过 10 mm,并且按照如图 1 所示的路线进行,其中,修理前检测采用矩形路线,修理后检测采用环形路线。图 1敲击检测的敲击顺序3.2仪器仪表检测仪器仪表检测主要包括超声波检测、X 射线检测、红外热成像检测等。超声波检测法最为常用的是脉冲超声波检测。脉冲超声波是利用探头发射和接收反射回来的脉冲信号,根据反射信号及其到达探
10、头的时间判断工件内部是否有缺陷及缺陷的相对位置。X 射线检测是利用射线穿过复合材料结构中积水区域时感光量不同引起的照片颜色深浅不同,来判定损伤的位置和大小。目前,X 射线检查主要用于检查波音 757 扰流板积水。X 射线对人体有害,检查时必须按照规定做好防护。红外热成像检测是根据复合材料各部分发射的红外线在红外相机上显示的亮度的不同信息,来确定损伤的部位和大小。在相同的外界条件下水升温(降温)最慢,因此,假若复合材料夹层若有积水,则该区域红外相机上的亮度暗淡。例如,某架波音飞机气象雷达显示异常,飞机降落后立即进行红外照相检测,结果发现是由雷达罩积水造成。4复合材料修理技术4.1修理容限与修理范
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