航空复合材料结构修补技术与运用

◎赵月

航空复合材料结构的修补与传统金属材料修补存在较大的差异，对复合材料损坏部位进行科学修补，是保证航空设备稳定运行的基础。比较常用的修补技术主要有两种，一种是机械连接修补，一种是胶接修补。在实际开展中这项工作时，需要结合复合材料结构的实际需要，选择适合的修补方法，同时还需要掌握每种修补方法的具体操作流程，保证修补过程的规范化操作，以此提升修补技术的应用效果。

一、常见的航空复合材料结构修补技术

1.机械连接修补技术。

机械连接修补，主要是将损坏部位连接和铆接在一起，保证整体的稳固性。对于结构破损的外表面，会使用螺栓或者铆钉将修补片进行固定，将损坏部位连接在一起，确保可以承受相应荷载，同时也能保证设备整体的应用性能，这种结构修补技术比较常用，在操作上比较方便，应用优势较为明显。机械连接修补技术在应用过程中，没有较多的要求，施工流程比较快，修补质量也可以得到保障。但是，这种修补技术在应用过程中还需要重视以下几个方面的内容：（1）要保证补片的质量，尺寸大小、厚度要进行有效控制；（2）对紧固件的材质和类型进行合理选择。确定好紧固件的位置；（3）连接的过程中要实现科学打孔，保证打孔技术的有效性；（4）注重紧固件的安装配置，并将其保存在合理位置。

2.胶接修补技术。

这类修补技术在应用过程中，是利用胶来固定补片，实现对航空复合材料结构的有效修复，保证设备结构的应用功能。胶接修补方法在应用之后，损坏部位可以进行科学调整及。对于修补部位，也可以直接挖除重新进行填充修补，主要有贴补和挖补两种修补方法。

首先，要对损坏部位进行贴补修补，将补片贴到损坏部位，并利用胶将补片固定。贴补修补方法的应用范围有限，一般在平面结构损坏部位比较常用，或者对整体结构没有太大影响的部位。贴补的补片种类有很多，可以选择铝、钛、不锈钢等材质的补片，也可以选择复合材料。在选择外部贴片的过程中，尽量选择与设备结构一致的材料。胶接修补法在操作上比较简单，但是无法实现对结构外形的有效修复。

其次，对损坏部位进行挖补修补，这种方式是对损坏部位进行彻底清理，将损坏部位完全切除，然后使用新材料进行填充。材料填充方法有很多，主要有斜接填充和阶梯填充。斜接填充法在应用期间，需要对设备结构损坏部位进行多次修整，让损坏部位的截面处于斜面状态，再利用材料对修补位置进行填充，这种修补方法可以保证填充材料整体的均匀性，应用效果比较好，即使在进行厚层合板进行修补的过程中，也不会受厚度因素的影响，保证修补位置的光洁、平整。挖补修补方法在应用期间，对操作人员的技术水平有着较高要求，与贴补修补方法相比，整体的施工难度比较大，而且需要花费较长的时间。这种修补方法在专门的修理厂家比较常见；阶梯修补与斜接修补法比较相似，就是将损坏部位的截面处修整成阶梯形状，在填充新材料。这种修补法方法需要工作人员具有一定的技术水平，同时，也要使用专门的设备、工具，而修补的关键难度在于台阶的修整，需要技术和耐心并存，因为需要对于没有受损的材料进行清除，所以需要更多的风险，而阶梯修补在开始前首先需要对修补位置进行打磨，直到整个位置形成一个个宽度均匀的台阶，深达损坏位置即可。

3.其他修补技术。

目前工业还发展出更多新型的修补，即如电子束固化修补、光固化修补以及微波修复等等。而这些修复法则往往具有较快的修补效率，但是材料获得能量的方法存在差异性，例如微波修补，则主要采用的是一种特殊的“胶接”方法，即在损坏地方加入微波吸收剂，然后强化该位置的磁导率，然后以特定的微波施加设备对修补位置导入微波，最终使其在较短的周期产生全新的、高强度的修复面，最终完成损伤的修补。

二、修补技术有效运用

复合材料结构的修补技术主要可以运用在航天领域，即如：某厂生产的直升机由于生产流程出现操作失误，进而导致材料受损，即材料蒙皮呈穿透裂伤，伤痕呈现梯形，长度约合16mm，同时与两边距离为83mm，如果根据受损问题以及特征，则可以选择胶接方法进行修复，而补片选择主要是要求其外观平坦，具有较强的粘结性，同时材料本身质量较小，所以采用3236/T300预浸料最为合适，即可保证对于复合材料结构的修复效果。另外，直升机本身对气动外形具有较高的要求，这些都需要通过修补流程的细化进行管控，诸如采用贴补法，就可以将这种不利的影响降至最低，详细的三个修补步骤如下。

首先，根据结构表面进行判断，找出损坏区域，同时标明切除的位置以及坐标，以金刚石掏芯，找出相应的盲孔，然后以图纸为标准算出相应的深度，最后再将计算的深入减去0.11～0.12mm，得出实际的深度，另外如果掏盲孔存在一定难度，则可以采用掏芯钻头确定盲孔位置。另外，修补位置需要以金刚石作为切割材料完成扩孔打磨，最后在对其表面进行完整加工，即需要保证加工表面的倾斜程度复合要求；其次，是对损伤区域进行修补，可把胶膜、预浸料及其挡板放置于修补位置上，然后预浸圈根据损坏位置的特征进行调整，本次修补采用的补片直径为66mm，纤维方向保持在-45°；最后是成型操作，即基于室温进行真空抽取，压强约为0.09MPa左右，同时配合每分钟1.5℃的升温速率将温度提高至80℃，并且保留此温度1.5h，最后再将温度提升至120℃保持2h，再让其自然降温。

结语：保证航空设备应用期间的安全稳定，是航空行业发展期间的重要内容。设备在应用期间，会受到多方面因素的影响，材料会受到一定的损伤，长期应用过程中，则无法保证设备的安全性，对设备的整体运作也会造成较大影响。这就需要根据航空设备结构的实际情况，采用针对性的修补技术进行修复。在实际进行修补的过程中，要保证整个流程的规范性，在保证修补质量的基础上，提升整体的美观性。