[发明专利]微波加热辐射装置及飞机碳纤维复合材料修理方法

说明书

本发明涉及微波加热辐射装置及飞机碳纤维复合材料修理方法，微波加热辐射装置包括待修复基材，所述修复基材上平铺有碳纤维复合材料补片，还包括平铺在修复基材上的热电偶，所述热电偶上覆盖有真空袋膜，所述真空袋膜配合有对待修复区域抽真空的真空机构，所述真空袋膜上方分布有柔性基板，所述柔性基板上设有沿水平方向平行分布的若干组用以微波加热的单元微波天线，所述柔性基板伤设有与微波源主机相连的连接线。本发明采用了相控阵微波辐射固化的方法，每个阵列源可独立控温，克服了电热毯或单一微波辐射源的温度控制性差和均匀性低的问题，实现了飞机复杂结构的快速、精准、均匀胶接固化，避免了结构的二次损伤。

技术领域

本发明涉及飞机零部件修复领域，具体的说是微波加热辐射装置及飞机碳纤维复合材料修理方法。

背景技术

复合材料损伤修复可分为胶接和机械连接两种方式，胶接具有不损伤原结构，传载效率高等优势因此在结构修复方面广泛使用。传统胶接的电热毯加热方式热区大，而复合材料在重复加热之后，会造成基体分子链的降解和交联度的增加，造成材料从微观分子链结构到宏观力学性能的一系列变化，虽然这种变化不会立即造成结构的破坏性损伤，但长期会造成加热区和非加热区的不均衡，引起局部的应力集中，同时原结构中无需修理的分层、孔隙等缺陷也会因受热扩展。此外，大面积加热在蜂窝结构中产生的影响更大，由于复合材料和空气的热膨胀系数不同，在受热时，封闭蜂窝孔内的空气膨胀产生的高压会造成蜂窝的脱粘、分层或者蜂窝芯破坏。另一方面，由于电热毯内均布有电阻丝，将电能转化为热能加热，所以在电热毯有效加热区域内，各点的温度一致且不可调控，对于加筋结构或存在其他导热体的区域，会导致修理区的局部“冷区”。在微波可以透过绝缘体并被导体反射，引起介电体的偶极子转向极化，导致温度升高，介质的损耗因子越大，吸收微波能力越强，利用该特质采用微波辐射加热固化技术对复合材料进行局部快速修复开展高效、高质量的复合材料损伤修复具有重大的军事意义。

发明内容

现为了解决上述技术问题，本发明提出了微波加热辐射装置及飞机碳纤维复合材料修理方法。本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

微波加热辐射装置，包括待修复基材，所述修复基材上平铺有碳纤维复合材料补片，还包括平铺在修复基材上的热电偶，所述热电偶上覆盖有真空袋膜，所述真空袋膜配合有对待修复区域抽真空的真空机构，所述真空袋膜上方分布有柔性基板，所述柔性基板上设有沿水平方向平行分布的若干组用以微波加热的单元微波天线，所述柔性基板上设有与微波源主机相连的连接线。

所述真空机构包括将真空袋膜密封的密封胶条，所述真空袋膜上设有与真空嘴，所述真空嘴上设有与真空泵相连的真空管。

所述柔性基板上设有将若干组单元微波天线连接的柔性连接带。

所述柔性基板上四周绕包有用以防止微波泄露的微波吸收条和微波屏蔽网。

飞机碳纤维复合材料修理方法，该方法包括以下步骤：

第一步：将单元微波天线放置在修复基材表面，并标记单元微波天线外轮廓，同时标记单元微波天线的陈列排布方向、单个阵列的宽度、阵列序号信息；

第二步：清洁修复基材，粘接碳纤维复合材料补片，并在碳纤维复合材料补片边缘放置热电偶，随后粘接真空袋膜并通过真空嘴将待修复区域抽真空；

第三步：开启微波修复仪主机，连接单元微波天线和热电偶，记录每个热电偶所对应的阵列序号；

第四步：根据所述固化的碳纤维复合材料补片类型的固化温度曲线确定固化程序和加热模式；

第五步：若加热模式为均匀固化模式，则输入材料的固化曲线，并选择所有的热电偶，即可开始固化，固化时根据实时温度与预设温度之间的差值，调控对应阵列单元的微波功率、脉冲频率以完成各阵列单元的温度精确控制，固化结束后可得到平均温度记录表；