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从波音787窥探航空复合材料修理

时间:2019-03-25 20:53来源:飞机维修砖家 作者:中国航空

 


波音787作为新一代客机运用了许多先进技术,其中787 最与众不同的地方是大量使用先进的复合材料,连机身都用的是复合材料,大约结构重量的一半是复合材料。相比之下,757 飞机这个比例大约是 7%,777 大约是 11%。757 咱修了不少,感觉没有达到 7% 的比例。传统飞机用的是铝合金结构机身。这张照片是在航空中心里照的 787 尾段,可能这是试生产留下的。




注意看复合材料也用铆钉,但铆钉的材料是钛合金或者莫奈合金,这是防腐的需要。

复合材料用的铆钉不能用一般的气动捶击式铆枪,只能用挤压式铆枪,因为复合材料最大的缺点是抗冲击能力太差

复合材料的定义是很广泛的,飞机上使用的复合材料主要是指碳(石墨)纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维和树脂做成的。

以碳纤维复合材料为例,在同等质量条件下,其强度是铝合金的 7 倍。使用复合材料的好处主要就从这里来的。既然复合材料又轻又结实,那用复合材料的飞机就更轻,能载更多的客货了。铝合金容易腐蚀,飞机飞的时间长了还有疲劳问题,会出现疲劳裂纹。




但复合材料就不然,它不腐蚀,也不疲劳。这带来的好处就多了去了。传统飞机大修时,飞机厕所、厨房、前后货舱下面的地板梁,经常腐蚀得白花花的。用复合材料就不怕腐蚀了。

这 787,机身都用复合材料制造,强度远高于铝合金机身,因此,787 客舱的舷窗可以开的更大,客舱里的气压和湿度也可以升高。金属飞机客舱里的气压相当于海拔 2,400 米的气压,气压再高,就太接近机身结构的安全限了。

很多人坐飞机时会觉得机舱里空气太干燥,这可是故意的,太湿润旅客觉得舒服,机身就受不了,要腐蚀了。复合材料部件可以把形状做的很大,很复杂,相对来说还是比较容易的。因为使用复合材料,787 减少了 1,500 个钣金件,40,000 到 50,000 颗铆钉。

复合材料是代表,是方向。复材是设计出来的材料,即科研人员用已知性能的材料:纤维和树脂,用不同的排列组合指向,计算出来,然后变计算为现实材料的。让它在某个或某几个希望的方向上力学性能最好,而在其他不那么重要的方向上性能做些妥协。

最典型的例子,复材在纤维方向上最结实,纤维或纤维布铺层时改变方向,可以做到平面/曲面上其他方向上也结实。

但在纤维布的层间力量还是差,垂直方向很容易分层。但这是可以容忍的缺点。什么材料没弱点呢?铝合金好,但容易腐蚀;钛合金好,但贵还容易裂纹。




看一下 787 上的部件都是那里制造的吧,小国旗标的很明白了。中国制造的有机身机翼整流罩,垂直安定面前缘,还有方向舵。最难做的飞机部件之一是飞机的大翼。制造商是日本三菱重工




制造 787 机身的热压炉,里面的温度和压强是严格控制的,复合材料部件在热压炉里固化成型



维修中的复合材料发动机罩

个人感觉 787 修理的时候,航空公司就开始做恶梦了,飞机维修公司就笑逐颜开了。

比如说修发动机风扇机匣整流罩时,可以把它拆下来送到复合材料车间去修,不太严重的损伤就直接在原位修理了。修理时首先要把损伤的碳纤维层打磨掉,打磨掉了几层纤维,就要按原来纤维布的铺层方向修补几层。

所以损伤部位最后要打磨成圆形或椭圆形的(理想状态),中间最低,一层比一层扩大半英寸的斜面。这可是技术活,复合材料部件上一层碳纤维布也就 0.01 英寸,修三层,0.03 英寸厚,你要把它打磨成 1.5 英寸宽的斜面,还要分清楚每一层纤维布的铺层方向!(英寸换毫米?1 英寸=25.4 毫米,您来做算术)一家飞机修理公司也就只有几个人能把这活做得漂亮。

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