[发明专利]飞行器复合材料快速修理的标准硬补片法

说明书

本发明公开了一种用于飞机复合材料快速修理的标准硬补片法，包括：传统修理存在的技术问题，快速修理操作步骤，实物修理效果示例。根据权利要求书1所述的用于飞机复合材料快速修理的标准硬补片法，其特征在于：具体步骤为1)根据材料要求，选取与原母材相同或相当材料进行逐层按方向铺贴，2)将铺贴完成的材料放入热压罐进行成型，并进行超声波无损检测，3)将成型好的补片毛坯进行精确数控加工，并同时将补片外形形成3D型供标准磨头制造使用，加工成为需求补片，4)将标准补片编号，5)利用打磨磨头对将损伤结构打磨后，在标准补片上与原结构连接面使用粘合剂将标准补片与受损部位进行精准粘接，就地进行固化，一次成型。

技术领域

本发明属于连续纤维增强复合材料结构修补工艺制备领域，特别涉及一种有利于压缩修理周期的快速的标准硬补片修补方法。

背景技术

目前连续纤维复合材料在航空、航天领域使用较为广泛，具有比刚度和比强度较高、抗疲劳、耐腐蚀的优点，如在波音787结构用量达到50％以上。连续纤维复合材料作为飞机表面结构的材料，在受到冲击等服役载荷时容易产生不可见和可见损伤，大大降低了所用结构的承载能力，需及时修复。特别是针对民机对压缩停场时间的迫切需求，以及军用飞机战时对作战效率的强烈要求，对复合材料结构修理的快速化提出新的挑战。

传统的修复方法是对损伤区域进行打磨后，将预浸料或修复材料逐层地铺贴，然后就地固化成型。这种方法有两个缺点：第一，对外场设备、人员、环境要求高，成本较大，尤其是军用飞机战时的服役环境下尤为不利开展；第二，一旦铺贴好的材料经过真空袋、微波、电烤灯等设备加热固化，补片的工艺质量不可控，若出现初始制备损伤，不易检测更不易去除重新修补，即使重新修补，势必带来更长的停场时间。

[1]徐绯，刘斌，等.综述：复合材料修理技术研究进展[J].玻璃钢/复合材料，2014(8):105-112.

[2]刘斌，等.飞机复合材料斜胶接修补结构的冲击损伤[J].复合材料学报,2018,35(10):2698-2705.

发明内容

要解决的技术问题：

传统的飞行器复合材料结构损伤修补工艺是在维修现场铺贴预浸料，然后通过真空袋、热补仪等加压、加热设备进行固化，称之为“软补法”，其缺点是现场需要的设备、预浸料存储条件都较为苛刻，软补片的质量难以在0.1MPa不到的压力条件下具有较低的孔隙率和较好的固化强度，而且一旦固化成型补片难以拆卸。为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种飞行器复合材料快速修理的标准硬补片法，采用事先根据飞行器型号、部件特性、方案需求进行设计，在工厂(非维修现场)的热压罐等相对于热补仪更好的设备(0.4MPa压力及以上，温度可精确控制，固化尺寸可更大)加工出各种尺寸、厚度、铺层、材料的补片(如贴补补片、挖补楔形补片、挖补阶梯补片等)，然后将补片在修理厂进行标准补片分类存放形成标准补片库。一旦发生损伤事件，根据事先制定的标准补片维修方案，选取标准补片中特定的规格，直接将该标准补片采用胶粘剂与处理好的原结构进行就地固化。若需要挖补，则根据预先制定的标准打磨标准打磨工具(图1、图2)一次性进行复合材料损伤部位的空腔打磨成形，而软补法由于不能事先预知挖补空腔的精确外形尺寸，因此只能现场打磨，打磨时间久、打磨精度不够，因此硬补法不但补片可以标准化，挖补的打磨磨头也可以标准化。另外，标准硬补法避免了预浸料等对冷库的需求，节省用电，而且这些补片在出厂时已经过严格的无损检测，可保证补片内无初始损伤，避免了传统软补法的加工质量问题。

本发明的技术方案是：一种飞行器复合材料快速修理的标准硬补片法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：根据标准硬补片的材料要求，选取与原母材相同或相当(可替换)的材料，进行逐层按方向铺贴；

步骤二：将铺贴完成的材料放入热压罐进行成型(固化温度70-130℃，固化时间1小时-48小时，固化压力0.1MPa-0.4MPa)，成型之后进行超声波无损检测(C扫描、B扫描等)或工业CT，确保材料无初始损伤；