刘永钢?王英杰

摘 要 飞机复合材料结构在制造和使用中容易造成缺陷和损伤，其形成原因是多方面的且很难避免，致使结构承载能力及寿命下降。维护规范要求在有限的制造资源条件下及时完成，达到与原结构刚度和强度相匹配，同时增加的重量尽可能小。本文阐释了复合材料飞机结构损伤的主要类型和修理原则以及结构损伤典型修理方法。

关键词 损伤特性;损伤评估;损伤修理

复合材料在军用和商用飞机上用量的增加要求发展成熟的修理技术以修复结构的完整性。结构修理的基本目标是在最短的时间和最少的花费条例下修复结构的完整性。对于不同的结构，需要在气动光滑性和修理简易性之间寻求平衡。大多数修理都是在飞机定期检测时进行的，但也有紧急情况。所以可将修理分为两种类型：临时性修理和永久性修理。复合材料结构，特别是易损伤部件，要考虑修理技术的可行性、有效性和经济性。经济实用的修理技术是复合材料持续和广泛应用的基础。

1复合材料缺陷、损伤特性

由于复合材料元件的材料制备和制件成形的特殊性，在制造过程中产生的问题称为缺陷，是制件先天问题，加工、装配和使用中产生的问题称为损伤，是制件的后天问题，对复合材料制件来说，缺陷和损伤都是不可避免的。超过质量控制标准又不至于报废的缺陷、损伤就要进行修理，有些缺陷能修理，有些则不能修理，原则上损伤都是可修理的[1]。

2复合材料制件的缺陷、损伤类型

缺陷是元件成型过程中产生的质量问题，其类型有层板空隙、夹杂、贫富胶、翘曲、分层、脱胶、尺寸超差、铺层角度超差等，大多数缺陷是可修理的，如空隙、分层等，但翘曲变形、尺寸超厚则不能修理，严重时只能报废处理。缺陷原因是制造过程中没有严格遵守材料、工艺规范，检测措施不力等。损伤是元件在后续加工和使用中产生的异常，其类型有分层、脱胶、表面划伤、错钻孔、孔边损伤、边缘劈裂等。损伤原因主要是冰雹、鸟撞及维修过程中失落的工具等冲击造成，以及机体结构长期使用形成的疲劳裂纹等。修理主要针对损伤结构[2]。

3损伤评估

应用无损检测（NDT）技术检测缺陷、损伤。已经检查出的构件缺陷或损伤，根据损伤情况，分为可忽略的损伤、可修理和必须更换等类型。

（1）可忽略的损伤：机体结构中的损伤如果不影响强度、刚度或部件的功能，则可归为可忽略的损伤。可忽略的损伤定义为材料的去除或变形是允许存在的，或通过简单的方法即可修正，如刻痕或划伤的平整;

（2）可修理的损伤：损伤已造成构件不完整，降低了强度、刚度，影响了使用功能和寿命。必须修理才能符合适航使用要求的修理。这类损伤修理分为非补片式修理和补片式修理两种类型;

（3）不可修理的损伤：不能修理的归为必须更换的损伤。除非定义为可忽略，较短构件的损伤因修理通常很难实施，应看作是必须更换的损伤。承受高应力的元件修理后可能没有足够的安全裕度，不允许修理。这些构件损伤一旦超过可忽略限度就应更换。若元件布局难以实施修理，出现损伤时必须更换。

修理容限是修与不修、能修与不能修的界限。影响复合材料结构损伤修理容限的因素很多，不同的结构形式、不同的材料体系、不同类型的飞机都有不同的规定。

4复合材料结构损伤修理

4.1 修理要求及步骤

（1）损伤修理要求：恢复结构的完整性，增重小，气动外形变化小，修补所用时间少，成本低，可操作性好。

（2）损伤修理的步骤：a.确定损伤部位、范围;b.根据损伤评估判定修与不修，能修与不能修界限;c. 确定修理方法;d.修理评定。

4.2 损伤修理方法

对不同类型的结构、不同的损伤有不同的修理方法。常用复合材料结构为层压板或加筋板类、蜂窝壁板类。结构修理方法大致分为贴补法、挖补法、注射法。

（1）贴补法是用补片贴在缺陷损伤区，缺陷损伤区可清除也可不清除。补片可用金属板也可复合料板，金属板多用钛板也可铝板，多用螺接，复合材料补片多胶接也可螺接。此法简单便携，适于外伤修理 ，缺点是修补后，连接孔周边引入了应力集中。

（2）挖补法要挖掉清除缺陷和损伤部位，然后再填补新的材料，材料體系与原结构相同或相近。填补方式有阶梯法和斜接法。挖补法是较先进的方法，可恢复表面外形且具有很好的连接效率。这种方法适用范围广、效果好，但操作难度大，需要相应的设备和较高的操作技能。挖补操作方法见图1。

（3）注射法是用特种树脂注入分层脱胶的缺陷损伤区，既可低温也可高温固化。此法简便易行，适用于外场修理，可恢复原强度80%～90%，但仅限于分层和脱胶的修理。

制件在制造、加工中产生的缺陷和损伤可在厂内修理，外场的较大损伤不宜现场修理的要返厂修理。外场修理限于设备等条件，要求室温固化，若要求较高温度、压力固化，使用加热毯、真空袋。

5结束语

复合材料结构逐渐向整体化、大型化成形方向发展，结构在制造和使用过程中不可避免地会出现损伤，直接更换成新零件不现实，因此复合材料受损结构的修理和评估逐渐成为复合材料应用的新兴技术，高效且经济适用的的修理工艺成为目前复合材料应用研究的热点之一。随着复合材料制造技术的发展，复合材料结构损伤修理技术也发展出一些新的方法，如电子束固化修补技术、光固化修补技术、微波修复技术等一些快速修补技术。

参考文献

[1]王云英，丁祖群，王艺，等. 航空先进聚合物基复合材料的修补[J].航空维修与工程，2008，（2）：27-30.

[2]孟凡颢，董善艳，童小燕，等.复合材料损伤结构胶接补强修补分析及设计[C].第十七届全国直升机年会.第十七届全国直升机年会论文集.成都：中国航空学会，2003：153-157.