1、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理,航空工程學(xué)院 飛機(jī)系統(tǒng)教研室,2020年7月15日,7-1 復(fù)合材料方向鴕損傷修理 7-2 飛機(jī)雷達(dá)罩修理 7-3 A8B飛機(jī)機(jī)翼蒙皮的外場(chǎng)螺接修理 7-4 A320飛機(jī)機(jī)腹整流壁板修理,飛機(jī)復(fù)合材料修理案例,復(fù)合材料方向舵損傷修理,復(fù)合材料方向舵由碳環(huán)氧夾芯面板、翼梁和肋組成。夾芯材料為NOMEX蜂窩，面板采用碳纖維平紋織物增強(qiáng)，碳纖維單向帶用于局部加強(qiáng),修理材料 EA956，濕鋪貼修理用環(huán)氧樹脂體系； EA923l，中等粘度膠粘劑； 120型玻璃布； 平紋碳布； NOMEX蜂窩； Astro Strike28,防雷電網(wǎng)。,整個(gè)修理過程包括：修理準(zhǔn)備，修理鋪層及修理表凹的準(zhǔn)

2、備，下蒙皮修理，蜂窩芯更換上蒙皮修理，表面火焰噴鋁的修理。,(1)修理準(zhǔn)備 目視檢查蒙皮的損傷情況，然后用敲擊法確定損傷區(qū)域的大小。 用無絨抹布三氯乙烷溶液清洗修理區(qū)域，清洗完畢后擦干溶液。 按一定幾何形狀(如橢圓形、圓形、長(zhǎng)方形)將損傷或者污染的上蒙皮區(qū)域切掉，最小的圓角半徑0.50R。按同樣的形狀將下蒙皮也切掉，下蒙皮的切除周邊尺寸比上蒙皮大約為2.5mm。 將裸露的蜂窩芯切除。在內(nèi)部用一個(gè)小磨輪除去任何殘留的蜂窩芯。 將修理區(qū)域周邊粘貼上膠帶，保護(hù)周邊復(fù)合材料。注意每個(gè)鋪層有0.5in的搭接邊。 用砂紙將切口邊緣打磨光滑,(2)修理鋪層及修理表面的準(zhǔn)備 按修理區(qū)域同樣的尺寸準(zhǔn)備一個(gè)木塊或

3、金屬塊，以在修理固化時(shí)作壓力塊用。 準(zhǔn)備修理鋪層模板，在模板上面標(biāo)出鋪層編號(hào)及方向。修理鋪層1到4與切口在同樣的尺寸，而修理鋪層5和6應(yīng)當(dāng)延伸到蜂窩芯的邊緣。 稱量所用鋪層碳布的質(zhì)量稱量同等質(zhì)量的EA956樹脂。按說明書混合樹脂，注意應(yīng)在樹脂適用期內(nèi)完成全部操作。 在一個(gè)切割平面上放置一片隔離膜，其大小應(yīng)能覆蓋碳纖維織物。 將樹脂涂在隔離膜上，然后在樹脂上面放上干的碳纖維織物。用另一層隔離膜覆蓋浸漬了樹脂的碳纖維織物。 用刮片在隔離膜上面將樹脂壓入碳纖維織物中。 重復(fù)上述步驟使足夠的碳纖維織物浸漬上樹脂。 將模板鋪在浸漬樹脂的碳纖維織物上。按所需形狀剪裁出需要的補(bǔ)片。剪裁時(shí)注意纖維的方向。最后

4、將鋪層編號(hào)及方向標(biāo)在隔離膜上。 確保所有的表面準(zhǔn)備工作已經(jīng)完成。,(3)下蒙皮修理 在方向舵的下蒙皮，將一熱電偶放置在切口邊緣附近。用高溫膠帶將熱電偶貼好，注意膠帶和修理鋪層不能接觸。 準(zhǔn)備一塊厚度大于3-5mm的支撐板。支撐板的尺寸應(yīng)略大于損傷區(qū)域。在支撐板上覆蓋一層隔離膜后，將支撐板貼到方向舵下蒙皮損傷區(qū)城外表面，支撐板應(yīng)完全覆蓋損傷切口區(qū)域。 將修理鋪層1的一面隔離膜除去將其鋪于損傷區(qū)域。注意應(yīng)保證邊緣接觸很好、無皺折。 將修理鋪層1的另一隔離膜也除去。 將修理鋪層2的一面隔離膜除去，然后鋪在鋪層1上，將鋪層2鋪設(shè)平整。 重復(fù)上述操作，將全部修理鋪層鋪貼完畢。,將準(zhǔn)備好的壓力塊放到修理鋪

5、層上的修理凹陷中。 在壓力塊上覆蓋一層無孔膜和透氣氈沿修理區(qū)域周邊在上蒙皮上制作一個(gè)真空袋。 在支撐板外部下蒙皮上制作一個(gè)真空袋。 在真空袋上鋪設(shè)兩層玻璃布后，鋪設(shè)電熱毯。電熱毯至少要比修理鋪層邊緣大8-10mm。 11在整個(gè)固化過程中應(yīng)施加和保持0.3壓力真空。固化溫度80-900C，保持24h。,(4)蜂窩芯更換 將蜂窩切割成適當(dāng)大小，并預(yù)裝配到切口中。蜂窩的長(zhǎng)度和寬度應(yīng)稍大些，以使與切口貼合緊密。 在EA9321樹脂中加入5質(zhì)量的玻璃微球，完全混合均勻。 將混入微球的樹脂涂抹在蜂窩芯拼接邊緣，以及切口內(nèi)未損傷的裸露蒙皮表面。安裝替換蜂窩芯塞，其芯條方向要與原來一致。 在替換蜂窩芯塞上鋪一

6、層隔離膜，然后放一重物，以供壓力。 在室溫固化至少12h或80-900C 固化1h。 固化后除去隔離膜，用180號(hào)或更細(xì)砂紙打磨蜂窩芯使之與周圍表面平齊(圖7-3)。,(5)上蒙皮修理 砂紙打磨上蒙皮損傷區(qū)附近表面，使其成為一個(gè)利于膠接的表面。 用較低的壓縮空氣從蜂窩芯格中將打磨、切割產(chǎn)生的碎屑吹除，然后用干凈的無絨布擦凈。 在蒙皮表面用去離子水進(jìn)行一個(gè)水破裂試驗(yàn)。采用一個(gè)噴霧器將水噴在修理區(qū)域，注意不要讓水流到蜂窩芯內(nèi)。水膜可在30s內(nèi)不破裂為合格表面，否則重新打磨 用干凈無絨抹布擦去表面水膜，在60-700C干燥60min，以除去所有的水分。,準(zhǔn)備所需修理鋪層。 將修理鋪層7的一面隔離膜除

7、去，注意應(yīng)保證邊緣接觸很好、無皺折。 將修理鋪層7的為一隔離膜也除去。 將修理鋪層8的一面隔離膜除去，然后鋪在鋪層7上，將鋪層8鋪設(shè)平整。 重復(fù)上述操作，將全部修理鋪層鋪貼完畢。 在修理區(qū)域覆蓋一層無孔膜和透氣氈，沿修理區(qū)域周邊在上蒙皮上制作一個(gè)真空袋。 11在真空袋上鋪設(shè)兩層玻璃布后鋪設(shè)電熱毯。電熱毯至少要比修理鋪層邊緣大8-10cm。 12在整個(gè)固化過程中應(yīng)施加和保持0.3壓力真空。固化溫度80-900C，保持2-4h.,(6)表面金屬涂層的修理 0砂紙打磨金屬化涂層周邊約1-2.5cm。 將一層120型玻璃布浸漬EA956樹脂后，鋪在碳環(huán)氧層合板裸露表面，并與金屬涂層有大約lcm的搭接。

8、這層玻璃布鋪層用以碳環(huán)氧層合板和鋁層間的腐蝕保護(hù)，不可省略。 將EA956按照約600gcm2涂覆修理區(qū)域然后再將Astro Strike28鋪貼在上面，注意應(yīng)和現(xiàn)存金屬涂層至少搭接2.5cm。 用一層有孔膜覆蓋其上，再在有孔膜上加一層玻璃布，用作吸膠層。 安裝真空袋，施加全真空壓力。保持2-4h。 表面噴防護(hù)漆。,TU154機(jī)頭雷達(dá)罩修理,對(duì)于雷達(dá)罩的修理，應(yīng)考慮三方面的要求。,氣動(dòng)外形的要求,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求,電性能的要求,修理材料 孔格1.83cm的高密度Nomex蜂窩，其高度與雷達(dá)罩破損區(qū)蜂窩高度相同(7.9mm)。 JC-1室溫固化環(huán)氧體系。其特點(diǎn)是固化速度快，室溫力學(xué)性能好，可500

9、C長(zhǎng)期使用。 斜紋高強(qiáng)度玻璃布。,修理過程 (1)蜂窩芯預(yù)成形 蜂窩預(yù)成形在準(zhǔn)備好的陽模上進(jìn)行。首先把預(yù)浸膠的蜂窩芯置于模具上，蜂窩邊緣四周懸掛數(shù)個(gè)小沙袋，使蜂窩與模具貼緊，然后置于烘箱內(nèi)加熱至1400C ，保溫2h。 (2)清理破損蜂窩及內(nèi)外蒙皮 將破損蜂窩和蒙皮去除，將蒙皮打磨成階梯狀(圖7-5)。用吸塵器吸走殘?jiān)樾?，用丙酮將表面清洗撩凈?(3)內(nèi)蒙皮襯殼糊制和安裝 在陽模上采用單層玻璃布糊制一襯殼，待固化后脫模并修剪到所需大小。用室溫固化樹脂將此襯殼與雷達(dá)罩蜂窩表面粘接，固化后便成為具有所需形狀的剛性支撐體，同時(shí)也是內(nèi)蒙皮的第一層。,(4)內(nèi)蒙皮修理 將第二層玻璃布糊到已粘貼在雷達(dá)罩

10、上的“襯殼”上，并與原來該層玻璃布搭接。待第二層凝膠后，糊制第三層玻璃布。室溫固化4h，500C 下后固化2h。 (5)蜂窩芯替換 在內(nèi)蒙皮蜂窩一側(cè)表面和損傷區(qū)蜂窩側(cè)面均勻涂覆JC-1膠粘劑，然后將沿破損邊切好的預(yù)成型蜂窩芯放置于內(nèi)蒙皮上利用真空施加0.03-0.04MPa壓力，室溫固化4h。 (6)外蒙皮修理 在修理好的蜂窩表面糊制外蒙皮第一層玻璃布，待其凝膠后糊制第二層，待第二層凝膠后，糊制第三層玻璃布。為保證強(qiáng)度和剛度，外蒙皮在原來三層的基礎(chǔ)上增加到四層。 (7)500C下整體固化2h。 (8)表面涂層修理。表面涂覆環(huán)氧底漆、防靜電漆和環(huán)氧面漆。,A8B飛機(jī)機(jī)翼蒙皮的外場(chǎng)螺接修理,修理方

11、案 A8B飛機(jī)機(jī)翼蒙皮采用AS43501-6環(huán)氧復(fù)合材料層合板制造，蒙皮鋪層為(0450450900)。A8B飛機(jī)機(jī)翼蒙皮的損傷出現(xiàn)在翼梁和翼肋交接點(diǎn)附近?？紤]到外場(chǎng)修理受到設(shè)備、環(huán)境和人員技術(shù)水平的限制，材料儲(chǔ)存也有困難，采用膠接修理有困難，因此決定采用螺接修理。修理目標(biāo)為：在設(shè)計(jì)極限載荷下，總體應(yīng)變能力應(yīng)達(dá)到4000mmmm以上。,設(shè)計(jì)許用值,在螺接修理后，主要可能出現(xiàn)的三種破壞形式：沿緊固件孔截面的拉伸破壞；層合板的擠壓和拉伸混合破壞；緊固件受剪破壞。針對(duì)上述三種破壞形式，確定設(shè)計(jì)許用值。 (1)孔邊應(yīng)變 為了確定緊固件孔邊設(shè)計(jì)應(yīng)變?cè)S用值采用A-8B飛機(jī)機(jī)翼蒙皮作為試樣，在有四種螺孔直徑

12、分別為6.35mm，25.4mm，63.5mm，101.6mm的情況下，測(cè)量了破壞時(shí)的總體應(yīng)變值,)拉伸擠壓相互作用 在拉伸擠壓相互作用下，大多數(shù)試驗(yàn)件在距損傷孔最近的一排螺栓處產(chǎn)生破壞。利用厚度為4.76mm的復(fù)合材料層板進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試樣破壞的總體應(yīng)變值和擠壓應(yīng)力，通過計(jì)算得到最大螺栓載荷，確定了拉伸擠壓相互作用時(shí)的設(shè)計(jì)應(yīng)變值,(3)緊固件受剪 使用鈦合金補(bǔ)強(qiáng)板，由緊固件傳遞的許用剪切載荷依賴于鈦合金補(bǔ)強(qiáng)板上的埋頭深度(圖78)，而直徑為6.35mm的螺栓，單剪破壞載荷為1757kN，假設(shè)剪切載荷全部由螺桿的c部分承受，取c1.42mm，那么對(duì)于4.06mm厚的鈦合金補(bǔ)強(qiáng)板就可滿足強(qiáng)度要求

13、。,修理設(shè)計(jì) 對(duì)于12.7mm厚，有101.6mm直徑，發(fā)生在粱肋交點(diǎn)附近的損傷，從圖7-6可知其總體應(yīng)變值為2850mmmm。修理的目的是恢復(fù)蒙皮的總體應(yīng)變能力到4000mmmm。因此要求鈦合金補(bǔ)強(qiáng)板承受的載荷與蒙皮損傷面積原來承受的載荷相當(dāng)。鈦合金補(bǔ)強(qiáng)板的載荷計(jì)算按圖7-9所示進(jìn)行估算。,試驗(yàn)驗(yàn)證 對(duì)于損傷直徑為101.6mm，厚度為12.7mm的復(fù)合材料蒙皮修理設(shè)計(jì)作了試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明修理后的試樣，在損傷截面拉斷，與位于鈦金補(bǔ)強(qiáng)板一側(cè)的螺釘剪斷幾乎同時(shí)發(fā)生，鈦合金補(bǔ)強(qiáng)板和蒙皮上的緊固件孔處，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的擠壓伸長(zhǎng)變形。損傷孔邊的應(yīng)變和計(jì)算值相一致，試驗(yàn)極限載荷達(dá)設(shè)計(jì)載荷112，對(duì)應(yīng)總體

14、破壞應(yīng)變?yōu)?480mmmm，試樣的破壞形式為緊固件剪斷，并且蒙皮板沿釘孔截面拉伸斷裂。對(duì)于厚度為4.76mm的蒙皮修理后還作了疲勞試驗(yàn)，在經(jīng)過4倍壽命試驗(yàn)后，進(jìn)行剩余強(qiáng)度試驗(yàn)，試樣發(fā)生拉伸擠壓混合破壞破壞時(shí)總體應(yīng)變達(dá)5200mmmm，滿足設(shè)計(jì)要求。,A320飛機(jī)機(jī)腹整流壁板修理,A320飛機(jī)的機(jī)腹整流壁板為玻璃布蒙皮加Nomex蜂窩的夾層結(jié)構(gòu)，其中某一件壁板的結(jié)構(gòu)示意圖如圖710所示。 由于設(shè)計(jì)問題，導(dǎo)致機(jī)腹整流壁板在飛行期間被機(jī)油行染，出現(xiàn)嚴(yán)重的分層現(xiàn)象，因此根據(jù)服務(wù)通告(SB)的要求，需按結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)(SRM)進(jìn)行修理并改裝。下面以內(nèi)蒙皮及蜂窩損傷為例，對(duì)修理過程做一簡(jiǎn)單介紹。,(1)將壁

15、板直立，用40-600C的熱水清洗壁板，清洗時(shí)應(yīng)防止熱水及油污進(jìn)入壁板內(nèi)表面。洗后用不起毛的布擦干；，然后仍直立狀態(tài)放在通風(fēng)干燥處晾干。 (2)通過目視及敲擊檢查，確定損傷區(qū)的范圍，并在部件上標(biāo)記清楚。具體損傷情況如圖711所示。,(3)首先按標(biāo)記線從油污嚴(yán)重的地方開始切除損傷或污染的內(nèi)蒙皮，然后再除去受污染的蜂窩。在切除時(shí)盡量不損壞未損傷或污染的蒙皮和蜂窩，并保證所有的拐角半徑不小于25mm。,(4)除去余下的全部?jī)?nèi)蒙皮，盡可能不損壞蜂窩，然后消除全部廢物，確保除盡全部油跡和污染。 (5)用240目砂紙輕輕打磨保留下的蜂窩表面，除去毛刺。從內(nèi)向外制備內(nèi)蒙皮修理區(qū)的臺(tái)階，臺(tái)階示意圖如圖712所

16、示。在不同的預(yù)浸料層片間做臺(tái)階時(shí)，要保證下面的鋪層不被損壞。再用320目砂紙打磨修理區(qū)表面，并用真空吸塵器清除壁板表面及蜂窩孔格內(nèi)的碎屑和灰塵，然后用不起毛的布蘸少量丙酮輕輕擦拭膠接表面。,6)將壁板直立放置于烘箱中。在800C下至少于燥8h。 (7)根據(jù)損傷情況準(zhǔn)備足夠的修理用材料： 蜂窩芯 預(yù)浸料 膠膜 泡沫膠 TEDLAR膜,(8)將保留下的壁板放入模具，根據(jù)模具上的限位器調(diào)整好位置并固定。在蜂窩置換區(qū)內(nèi)鋪1層膠膜，將準(zhǔn)備好的蜂窩用泡沫膠包住側(cè)面周邊，按原來的類型和方向鋪放在蜂窩置換區(qū)內(nèi)。在保留下的內(nèi)蒙皮上鋪滿1層膠膜，然后按原有鋪層將準(zhǔn)備好的預(yù)浸料進(jìn)行層對(duì)層的置換鋪貼。最后在壁板全部?jī)?nèi)

17、表面鋪滿1層TEDLAR膜作為防護(hù)層，蜂窩拼接縫上要放壓平板。 (9)做真空袋，按圖7-13的固化條件在熱壓罐中固化。 (10)檢查固化記錄并對(duì)壁板進(jìn)行目視及敲擊檢查，以確定固化狀態(tài)良好。,復(fù)合材料蜂窩夾芯地板修理 根據(jù)不同應(yīng)用區(qū)域，分為3個(gè)區(qū)域 A區(qū)：客艙地板 B區(qū)：集裝箱式貨艙地板 C區(qū)：散裝式貨艙地板（可能加強(qiáng)一層鋁板）-易損傷,散裝式貨艙地板半穿透損傷的級(jí)別與修理措施 （1）當(dāng)損傷的最大直徑85mm，類損傷 臨時(shí)性修理：用鋁膠帶密封損傷區(qū)域， 盡快進(jìn)行永久修理 永久性修理 在飛行350小時(shí)內(nèi)，按A方案進(jìn)行修理 類損傷的要求：同一地板上任何一個(gè)損傷的最大直徑85mm；相鄰兩個(gè)損傷的邊緣距

18、離必須大于其中任何一個(gè)較大損傷的最大直徑的2倍，否則兩個(gè)損傷視為一個(gè)損傷；在X,Y方向上損傷邊緣距離地板邊緣距離40mm。 X為飛機(jī)縱軸，Y為飛機(jī)橫軸。,（2）當(dāng)85mm 損傷的最大直徑250mm，類損傷,臨時(shí)性修理：用鋁膠帶密封損傷區(qū)域， 盡快進(jìn)行永久修理,永久性修理 在飛行350小時(shí)內(nèi)，按B方案進(jìn)行修理,類損傷的要求:同一塊地板損傷必須滿足85mm 損傷的最大直徑250mm;相鄰兩個(gè)邊緣損傷的距離70mm，否則視為一個(gè)損傷，在X方向上損傷的邊緣與地板的邊緣之間的距離200mm，Y方向上40mm,（3）當(dāng)損傷的最大直徑250mm，類損傷,臨時(shí)性修理：整個(gè)地板覆蓋0.8mm厚的鋁板,永久性修理

19、 在飛行150小時(shí)內(nèi)，更換地板 類損傷的要求：在X方向上兩個(gè)相鄰損傷的邊緣之間的距離2Rrame Bay;在Y方向上兩個(gè)相鄰損傷的邊緣之間的距離1Rrame Bay；在X方向任何一個(gè)損傷的邊緣與地板的邊緣的距離必須200mm，在Y方向上40mm Rrame Bay：地板下面兩個(gè)隔框的距離。,（4）在同一地板上，當(dāng)所有損傷的面積和超過整個(gè)地板的10%，必須進(jìn)行永久修理或更換地板 （5）當(dāng)損傷的邊緣與地板邊緣之間的距離不滿足上述條件時(shí)，按C方案進(jìn)行永久修理,三種永久修理方案 （1）永久修理A方案 此修理方案適用于的半穿透修理，要求損傷85mm，不需要更換蜂窩， 采用鋁板修理厚1.2mm（2024 T3 )，蜂窩夾芯（LN29967C5）,程序： 1.去除修理區(qū)域的漆層，清潔修理區(qū)域，烘干 2.重新評(píng)估損傷，是否可用A方案修理 3.按如圖切割損傷 4.用雙面膠帶覆蓋補(bǔ)片背面 5.用填充劑填充損傷，固化，打磨與周邊平齊 6.將準(zhǔn)備好的補(bǔ)片粘結(jié)