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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


愿为修理最重要的一点,就是一定要保证,打磨的时候,绝对不能让石墨纤维乱飞,所以在工作之前必须用塑料布搭个严严实实的帐篷,才能开工。否则石墨纤维飞到燃油流量控制器等电子器件里,那就灾难了,石墨纤维可是导电的!




漂亮的碳纤维布




石墨除了在工业上应用广泛,在军事上也是很厉害的—石墨炸弹 BLU-114/B!海湾战争中,美军的石墨炸弹瘫痪了伊拉克 85% 的电力供应;接下来在科索沃战争中,又摧毁了塞尔维亚 70% 的电力基础设施。

怎么整的?一颗石墨炸弹里有很多小炸弹,小炸弹筒里装了很多超细的,经过化学处理的石墨纤维束,我猜想为了达到更好的破坏效果,石墨纤维束应该是长短不一的。可能也用不着,一炸开,纤维就长短不一了。

石墨炸弹在变电所,变压器跟前爆炸,炸出极多的石墨纤维,搭到哪里,哪里就形成导电通路,然后石墨纤维受热蒸发,形成电弧……,想像一下!金属做的供电设施哪里受的了这般连烧带炸得折腾,Game Over了,修都没法修!

复合材料在航空结构中的应用最初仅限于飞机次承力结构,而现今已广泛应用于各种机型的主承力结构,在结构重量中占有的比例也逐渐增加。复合材料结构在生产、使用和维护过程中不可避免会产生缺陷或损伤,因此复合材料构件修理问题引起人们广泛关注。

1、复合材料的缺陷/ 损伤与修理容限    

复合材料结构由于制造工艺的因素会产生缺陷,如空隙、分层、脱胶等;装配过程中,在外载作用下也会出现损伤,常见损伤有分层、脱胶、表面划伤、错钻孔、孔边损伤、冲击损伤、雷击损伤、战伤、裂纹、燃烧等。无论是先天生产缺陷还是后天机械损伤都会使飞机主承力结构受损、表面气动性能下降,从而导致结构使用寿命降低。

在明确结构损伤或缺陷类型后,需根据受力状况及危及飞行安全的严重程度确定损伤容限和修理容限。结构的损伤容限是结构损伤从可检测门槛值到临界值之间的范围,用以界定受损结构在规定的使用期内是否有足够的剩余强度。而修理容限是结合修理工艺水平和经济因素确定结构要修与不要修、能修与不能修的界限。修理容限与损伤容限的关系如图1 所示。




导致飞机复合材料层合板和蜂窝加芯结构产生损伤最主要的原因是冲击损伤,按照检查发现难易程度可分为勉强目视可检损伤(BVID)、目视可检损伤(VID)和目视易检损伤(EVID)。在航空维修领域内普遍认为飞机复合材料结构存在勉强目视可检损伤时,结构承载能力能够保持在1.5 倍限制载荷(1.5LL),假设此时目视检出的概率为0 ;当结构出现较大损伤,即出现目视易检损伤时仍能满足限制载荷(1.0LL)的要求,假设此时目视检出概率为1。据以上标准可以得到表1,冲击损伤与结构承载能力的关系。




复合材料修理容限的定量确定实质上是确定缺陷和损伤的验收标准。当损伤较轻,剩余强度高于或等于缺陷和损伤的标准时,可以不修,此时标准为修理下限。波音公司以损伤后结构强度达到原来的60%~80% 为修理下限,修理下限最大值为结构强度的80%,此时目视可检的概率为60% 以上,对应剩余强度为1.2LL, 符合工程实际。修理下限的最小值为结构强度的60%,这个指标仅仅适用于非承力结构,如翼身整流罩、雷达罩等,此时剩余强度为0.9LL。当缺陷或损伤过于严重,进行修理已经超出经济性、技术性可行范围,选择不进行维修而是更换结构,此时缺陷和损伤的标准为修理上限。

2、复合材料修理方法研究现状    

当确定复合材料损伤或缺陷在修理容限之内时可以选择合适的方法对损伤进行修理。常用的修理方法如下。

填充与灌注修理

对于非承力的复合材料结构,如气动整流罩、天线罩等结构,与受载较小的蜂窝夹层结构的不严重损伤可采用填充与灌注的修理方法。修理的损伤主要表现为表面划痕、凹坑、部分蜂窝芯子损伤、蒙皮位置错钻孔、孔尺寸过大等。修理时损伤部位不需要去除,在损伤部位填充合适的封装化合物,在除湿后在损伤部位用一层玻璃纤维/ 环氧布密封,防止湿气渗入及损伤扩大。

机械连接修理

在过去的十几年中,已经有许多研究者针对螺栓连接修理方法分别采用解析法、数值法和试验法进行了研究。这一修理方法是在损伤结构的外部用螺栓或铆钉固定一个外部补片,使损伤结构遭到破坏的载荷传递路线得以重新恢复,连接方法大多采用螺栓连接,亦可以采用铆钉连接,尤其是单面铆接。由于复合材料具有脆性及各向异性的属性,螺栓孔或铆钉孔边会产生应力集中,导致抗疲劳性能不佳。现阶段机械连接修理技术已经广泛采用新设备新技术,向自动化、柔性化、智能化的方向发展。

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