SR20飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修理

羅立

【摘 要】本文介紹了SR20飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷的檢測和分類，歸納了修理環(huán)境和材料的要求和修理工藝，并以典型的損傷修理為例介紹了修理的一般流程。

【關(guān)鍵詞】通用飛機；復(fù)合材料結(jié)構(gòu)；損傷檢測；損傷分類；修理工藝

0 引言

復(fù)合材料是將兩種或兩種以上的材料永久結(jié)合起來的產(chǎn)物，其共同的強度比單獨各組分的強度都大。SR20飛機結(jié)構(gòu)由玻璃纖維或者碳纖維織物和環(huán)氧樹脂形成的復(fù)合材料組成，根據(jù)強度和剛度的不同需求采用各種鋪層方式和構(gòu)造方法。復(fù)合材料合成符合空氣動力學(xué)的形狀、定制的強度特性，減少飛機構(gòu)件的數(shù)量。SR20飛機主要構(gòu)件包括：機身，機翼，垂直尾翼和水平尾翼。本文以SR20飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為例，介紹其損傷檢測和分類、修理條件及工藝和具體損傷的修理流程等，為通用飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理提供參考。

1 損傷檢測及分類

1.1 損傷檢測方法

如果飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)出現(xiàn)目視可見或者可疑的損傷，必須對其進行徹底的檢查并據(jù)此進行維修。當前針對復(fù)合材料的無損探傷方法主要有兩種：目視檢查和硬幣敲擊。

目視檢查可能需要將結(jié)構(gòu)的漆面、底漆和表面填充物去除，當出現(xiàn)大量損傷時，還需要將目視可見的損傷區(qū)域完全去除并做進一步檢查。壓痕和凹陷損傷外觀表現(xiàn)與冰雹在金屬表面上的損傷類似，而分層和脫膠更難以檢測到，有時可以通過按壓損傷區(qū)域來感覺這種類型的損傷，能明顯感覺已分離結(jié)構(gòu)的松動。由于夾芯結(jié)構(gòu)內(nèi)層的沖擊損傷通常比外層的更為嚴重，有時需要還將通過內(nèi)窺鏡對未噴漆的表面里層潛在的損傷區(qū)域進行檢查，玻璃纖維層合結(jié)構(gòu)損傷通常呈白色。對于部分層合板結(jié)構(gòu)損傷的目視檢查還需要借助燈光設(shè)備。對于可見損傷結(jié)構(gòu)外表面的邊界還需做出永久標記。

硬幣敲擊是識別層合板結(jié)構(gòu)脫膠及分層的一種有效手段，利用小金屬塊在層合板結(jié)構(gòu)表面反復(fù)持續(xù)地敲擊，如果有清晰、尖銳的敲擊聲響表示該區(qū)域粘接良好，聲響沉悶則表明出現(xiàn)脫膠或者分層現(xiàn)象。為了確保維修的質(zhì)量，任何維修完成之后都需要進行硬幣敲擊檢查。

1.2 損傷分類

根據(jù)受影響的結(jié)構(gòu)類型分為不同區(qū)域損傷，某些位置可能包括多種類型的結(jié)構(gòu)損傷。

1）表面損傷

結(jié)構(gòu)表面的保護涂層（漆面等）的損傷，沒有涉及到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)本身。

2）粘結(jié)結(jié)構(gòu)損傷

出現(xiàn)在兩個預(yù)固化部件之間由于受潮、進水以及外物碰撞沖擊等原因?qū)е碌拿撜超F(xiàn)象。

3）層合板損傷

包括磨損、分層，溝槽、沖擊損傷等，根據(jù)鋪層損傷的情況分為穿透和非穿透損傷。

4）夾層結(jié)構(gòu)損傷

根據(jù)夾層結(jié)構(gòu)層合板及夾芯的損傷情況分為外鋪層、外鋪層和夾芯、穿透損傷。

2 修理要求及工藝

2.1 修理環(huán)境要求

一個適當?shù)男蘩憝h(huán)境對于保證復(fù)合材料的維修質(zhì)量是至關(guān)重要的。建立并保持工作區(qū)域和部件的清潔，控制材料從存儲環(huán)境到整個固化完成過程的溫度，在所有涉及到使用樹脂、粘合劑和溶劑的工作場所保持通風(fēng)。同時還需滿足以下條件：封閉的維修區(qū)域、環(huán)境溫度和濕度的控制（圖5）、清潔的維修區(qū)域（無塵、無油或其它污染物）、佩戴干凈無塵手套進行手工操作鋪層和粘結(jié)、維修區(qū)域結(jié)構(gòu)和表面的保護、注意不同復(fù)合材料的材料特性。

圖5 環(huán)境溫度和相對濕度

2.2 修理材料使用要求

修理材料必須使用廠商指定的材料。根據(jù)待修理區(qū)域的結(jié)構(gòu)組成和損傷情況決定鋪層數(shù)和鋪層方向，選取相應(yīng)的增強織物材料和夾芯材料，裁剪至合適尺寸。根據(jù)使用的材料體系不同，按要求比例混合樹脂混合物與增強顆粒組成粘結(jié)劑。

2.3 修理工藝

1）層合貼補工藝

在貼補修理之前兩小時，通過砂紙打磨內(nèi)鋪層得到結(jié)合面，并利用吸塵器去除所有粉塵和碎片，最后用酒精清潔。保留的原始結(jié)構(gòu)纖維鋪層應(yīng)當呈50：1的梯度，每一層邊緣間距約為0.5inch，如圖6所示。如果維修鋪層少于3層或者碳纖維層合板，則不需要階梯打磨進行鋪層修理。

根據(jù)修理區(qū)域是否便于接近，層合貼補分為原位修理和離位修理兩種方式，即直接在損傷區(qū)域進行層合貼補修理以及預(yù)先制作好層合補片，再將補片貼到損傷區(qū)域。兩種修理方式都可以運用干鋪層或者濕鋪層。

2）固化工藝

樹脂體系必須經(jīng)過適當固化才能達到最大的強度。固化過程中需要一個熱源對修理區(qū)域進行加熱，典型的固化系統(tǒng)包括熱源為數(shù)控的熱風(fēng)槍、封閉的熱環(huán)境和溫度監(jiān)控設(shè)備。固化溫度是部件溫度而不是環(huán)境空氣溫度，在熱風(fēng)干固化過程中，環(huán)境空氣溫度應(yīng)當比要求的維修固化溫度高大約15°-25°F（8.3°-13.9°C）。根據(jù)不同材料體系選取相應(yīng)的固化時間，固化升溫速率控制在每分鐘1.0°-5.0°F（0.6°-2.8°C），降溫速率控制在每分鐘1.0°-15.0°F（0.6°-8.4°C）。

3）表面處理工藝

表面處理分為膩子、填料、底漆、密封、噴漆、貼標等處理。為了保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)不至于過熱，對噴漆顏色的吸收率和反射率都有要求，對于金屬結(jié)構(gòu)漆色則無限制，飛機國籍和注冊標號須按手冊規(guī)定噴涂在特定位置。

3 SR20飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理流程

SR20飛機表面損傷、粘結(jié)結(jié)構(gòu)損傷的修理較為簡單，夾層結(jié)構(gòu)包含了層合板結(jié)構(gòu)。以下主要介紹夾層結(jié)構(gòu)的層合板損傷修理流程和更換層合板及夾芯修理流程。

1）仔細檢查損傷區(qū)域，確定修理區(qū)域的形狀及尺寸；

2）從損傷區(qū)域鋪層向外1in處去除表面涂層，并去除已損傷層合板；

3）準備維修界面，以長度高度比50：1的斜度打磨層合板修理區(qū)域邊緣；

4）計算需更換鋪層層數(shù)，確定鋪層類型和方向；

5）清潔修理區(qū)域，選擇在位或者離位貼補修理工藝修理層合板，第一層鋪層與層合板邊緣重疊最少0.5in；

6）經(jīng)固化工藝之后，將修理區(qū)域外表面打磨光滑，完成維修區(qū)域噴漆處理。

1）仔細檢查損傷區(qū)域，確定修理區(qū)域的形狀及尺寸；

2）從損傷區(qū)域向外1in處開始去除結(jié)構(gòu)表面涂層；

3）小心砂除損傷的殘余夾芯結(jié)構(gòu)，為待更換夾芯填膠預(yù)留出部分間隙。檢查內(nèi)層層合結(jié)構(gòu)是否損傷，如果需要優(yōu)先修理內(nèi)層層合板；

4）加入切割好的更換夾芯，填膠進行預(yù)固化，打磨更換夾芯以匹配原始夾芯層厚度，并清潔修理區(qū)域；

5）以長度高度比50：1的斜度打磨外層合板，并進行清潔；

6）選擇在位或者離位貼補修理工藝修理層合板，第一層鋪層與層合板邊緣重疊最少0.5in；

7）經(jīng)固化工藝之后，將修理區(qū)域外表面打磨光滑，完成維修區(qū)域噴漆處理。

4 總結(jié)

本文以SR20飛機為例，比較詳細地介紹了通用飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷的修理，主要包括復(fù)合材料損傷的分類方式和檢測方法；修理的環(huán)境要求、材料要求和貼補、固化、表面處理等修理工藝；兩種損傷的修理流程。以期為通用飛機的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理提供參考。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]