復(fù)合材料航空應(yīng)用及其修復(fù)(2)

1、復(fù)合材料在飛行器上的應(yīng)用復(fù)合材料在飛行器上的應(yīng)用以及飛機(jī)復(fù)合材料的修理以及飛機(jī)復(fù)合材料的修理一一.航空復(fù)合材料概述航空復(fù)合材料概述 復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的不同材復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的不同材料、不同形狀、不同性質(zhì)的物質(zhì)復(fù)合形料、不同形狀、不同性質(zhì)的物質(zhì)復(fù)合形成的新型材料。一般由基體材料和功能成的新型材料。一般由基體材料和功能組元所組成。復(fù)合材料可經(jīng)設(shè)計，即通組元所組成。復(fù)合材料可經(jīng)設(shè)計，即通過對原材料的選擇、各組分布設(shè)計和工過對原材料的選擇、各組分布設(shè)計和工藝條件的保證等，使原組分材料優(yōu)點(diǎn)互藝條件的保證等，使原組分材料優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)，因而呈現(xiàn)了出色的綜合性能補(bǔ)，因而呈現(xiàn)了出色的綜合性能復(fù)合

2、材料的歷史 早期飛機(jī)為復(fù)合材料，由木質(zhì)框架，金早期飛機(jī)為復(fù)合材料，由木質(zhì)框架，金屬絲支架和織物組成。焊接鋼質(zhì)框架從屬絲支架和織物組成。焊接鋼質(zhì)框架從20世紀(jì)世紀(jì)20年代早期開始代替木質(zhì)框架。年代早期開始代替木質(zhì)框架。輕質(zhì)鋁殼結(jié)構(gòu)則從輕質(zhì)鋁殼結(jié)構(gòu)則從20世紀(jì)世紀(jì)30年代開始采年代開始采用。到用。到20世紀(jì)世紀(jì)50年代完全轉(zhuǎn)變成年代完全轉(zhuǎn)變成“全金全金屬屬”飛機(jī)的過程完成。飛機(jī)的過程完成。 復(fù)合材料的今天 隨著玻璃纖維、凱夫拉爾、碳纖維等復(fù)合材料的發(fā)展，隨著玻璃纖維、凱夫拉爾、碳纖維等復(fù)合材料的發(fā)展，并且早期復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的使用預(yù)示著復(fù)合材料運(yùn)用的并且早期復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的使用預(yù)示著復(fù)合材料運(yùn)用的輝煌。

3、輝煌。 在飛機(jī)上翼尖小翼、雷達(dá)罩和尾錐上少量玻璃纖維增在飛機(jī)上翼尖小翼、雷達(dá)罩和尾錐上少量玻璃纖維增強(qiáng)塑料的使用標(biāo)志著飛機(jī)設(shè)計上復(fù)合材料的重新應(yīng)用。強(qiáng)塑料的使用標(biāo)志著飛機(jī)設(shè)計上復(fù)合材料的重新應(yīng)用。從那時起復(fù)合材料在這些部件上的成功應(yīng)用導(dǎo)致在每從那時起復(fù)合材料在這些部件上的成功應(yīng)用導(dǎo)致在每一種新機(jī)型上復(fù)合材料應(yīng)用的增加。波音一種新機(jī)型上復(fù)合材料應(yīng)用的增加。波音747使用了超使用了超過過10,000平方英尺表面的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。平方英尺表面的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。 在過去幾年當(dāng)中先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)運(yùn)用到諸如大翼面在過去幾年當(dāng)中先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)運(yùn)用到諸如大翼面板、地板梁等主要結(jié)構(gòu)上。顯而易見對基本復(fù)合材料板、地

4、板梁等主要結(jié)構(gòu)上。顯而易見對基本復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)的理解對于航空公司人結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)的理解對于航空公司人員來說是多么重要。員來說是多么重要。 先進(jìn)復(fù)合材料優(yōu)異的力學(xué)性能和明顯的先進(jìn)復(fù)合材料優(yōu)異的力學(xué)性能和明顯的減重效果在航空器領(lǐng)域得到廣泛認(rèn)可。減重效果在航空器領(lǐng)域得到廣泛認(rèn)可。隨著飛機(jī)性能的不斷提高，作為現(xiàn)代飛隨著飛機(jī)性能的不斷提高，作為現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料的復(fù)合材料的應(yīng)用已由小型、機(jī)結(jié)構(gòu)材料的復(fù)合材料的應(yīng)用已由小型、簡單的次承力構(gòu)件發(fā)展到大型、復(fù)雜的簡單的次承力構(gòu)件發(fā)展到大型、復(fù)雜的主承力構(gòu)件。在飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身、操縱主承力構(gòu)件。在飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身、操縱面、起落架艙門、蒙

5、皮、安定面、雷達(dá)面、起落架艙門、蒙皮、安定面、雷達(dá)罩等部件多處使用。罩等部件多處使用。復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)：復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)： 相對不易腐蝕相對不易腐蝕 不會產(chǎn)生金屬疲勞不會產(chǎn)生金屬疲勞 可設(shè)計載荷可設(shè)計載荷 可減少連接部件（同步成型）可減少連接部件（同步成型） 減重，節(jié)油減重，節(jié)油復(fù)合材料的缺點(diǎn)：復(fù)合材料的缺點(diǎn)： 原料高成本（增強(qiáng)纖維，如原料高成本（增強(qiáng)纖維，如CF） 制造維修人力成本高，耗時制造維修人力成本高，耗時 力學(xué)性能受溫度濕度影響高力學(xué)性能受溫度濕度影響高 檢測損傷難度大檢測損傷難度大 可導(dǎo)致鋁等電位低的金屬腐蝕可導(dǎo)致鋁等電位低的金屬腐蝕纖維織布材料纖維織布材料二二.復(fù)合材料在飛行器上的應(yīng)

6、用復(fù)合材料在飛行器上的應(yīng)用 B2隱形轟炸機(jī)隱形轟炸機(jī)F-18戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)斗機(jī)空客A320C/C復(fù)合材料在高超飛行器中應(yīng)用 炭/炭（C/C）復(fù)合材料是一種新型高性能結(jié)構(gòu)、功能復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、高模量、高斷裂韌性、高導(dǎo)熱、隔熱優(yōu)異和低密度等優(yōu)異特性，在機(jī)械、電子、化工、冶金和核能等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，并且在航天、航空和國防領(lǐng)域中的關(guān)鍵部件上大量應(yīng)用。我國對C/C復(fù)合材料的研究和開發(fā)主要集中在航天、航空等高技術(shù)領(lǐng)域，較少涉足民用高性能、低成本C/C復(fù)合材料的研究。 導(dǎo)彈、載人飛船、航天飛機(jī)等 ,在再入環(huán)境時飛行器頭部受到強(qiáng)激波， 對頭部產(chǎn)生很大的壓力，其最苛刻部位溫度可達(dá)2760,所以必須選擇能夠承

7、受再入環(huán)境苛刻條件的材料。設(shè)計合理的鼻錐外形和選材，能使實(shí)際流入飛行器的能量僅為整個熱量1%10%左右。對導(dǎo)彈的端頭帽,也要求防熱材料在再入環(huán)境中燒蝕量低，且燒蝕均勻?qū)ΨQ,同時希望它具有吸波能力、抗核爆輻射性能和全天候使用的性能。三維編織的 C/ C復(fù)合材料，其石墨化后的熱導(dǎo)性足以滿足彈頭再入時由160 至氣動加熱至1700 時的熱沖擊要求，可以預(yù)防彈頭鼻錐的熱應(yīng)力過大引起的整體破壞;其低密度可提高導(dǎo)彈彈頭射程，已在很多戰(zhàn)略導(dǎo)彈彈頭上得到應(yīng)用。除了導(dǎo)彈的再入鼻錐，C/ C 復(fù)合材料還可作熱防護(hù)材料用于航天飛機(jī)。 渦輪發(fā)動機(jī) C/ C 復(fù)合材料在渦輪機(jī)及燃?xì)庀到y(tǒng) (已成功地用于燃燒室、導(dǎo)管、閥門

8、) 中的靜止件和轉(zhuǎn)動件方面有著潛在的應(yīng)用前景,例如用于葉片和活塞，可明顯減輕重量 ,提高燃燒室的溫度 ,大幅度提高熱效率。 美國F22、F100、F119軍機(jī)和俄羅斯航空發(fā)動機(jī)上已經(jīng)采用炭/炭制作航空發(fā)動機(jī)燃燒室、導(dǎo)向器、內(nèi)錐體、尾噴管魚鱗片和密封片及聲擋板等。 三三.飛機(jī)復(fù)合材料的修理飛機(jī)復(fù)合材料的修理 鋪層修理鋪層修理 真空包和熱補(bǔ)儀真空包和熱補(bǔ)儀 真空包和熱補(bǔ)儀真空包和熱補(bǔ)儀一個典型的維修案例一個典型的維修案例維修步驟維修步驟 找出損傷區(qū)域找出損傷區(qū)域 打磨、割除損傷打磨、割除損傷 抽真空干燥待修部件抽真空干燥待修部件 清潔維修區(qū)域清潔維修區(qū)域 填補(bǔ)損傷蜂窩填補(bǔ)損傷蜂窩 用膠膜、發(fā)泡膠修理蜂窩用膠膜、發(fā)泡膠修理蜂窩 制作鋪層制作鋪層 進(jìn)行鋪層進(jìn)行鋪層 真空包熱補(bǔ)儀固化維修真空包熱補(bǔ)儀固化維修 維修質(zhì)量檢測并恢復(fù)漆層維修質(zhì)量檢測并恢復(fù)漆層找出損傷區(qū)域找出損傷區(qū)域確定損傷區(qū)域（確定損傷區(qū)域（NDT）無損檢測設(shè)備確認(rèn)損傷（無損檢測設(shè)備確認(rèn)損傷（BMS8-276)找出損傷區(qū)域找出損傷區(qū)域打磨、割除損傷打磨、割除損傷抽真空干燥待修部件抽真空干燥待修部件清潔維修區(qū)域清潔維修區(qū)域填補(bǔ)損傷蜂窩填補(bǔ)損傷蜂窩用膠膜、發(fā)泡膠修理蜂窩用膠膜、發(fā)泡膠修理蜂窩制作鋪層制作鋪層真空包熱補(bǔ)儀固化維修真空包熱補(bǔ)