复合材料快速修理飞机金属蒙皮孔边裂纹装置和方法与流程

本发明涉及了一种修理飞机金属蒙皮孔边裂纹装置和方法，尤其是复合材料快速修理飞机金属蒙皮孔边裂纹装置和方法。

背景技术：

飞机服役过程中，飞机蒙皮对维持飞机的气动外形和结构承载有重要作用，其结构的实效将会带来严重后果，目前，蒙皮与机体的结合都是由紧固件，如铆钉、螺钉等连接，长期飞行后，由于钻铆的工艺及蒙皮的受力，在孔边易萌生裂纹，必须对其进行维修来保证正常飞行，对于长度小于5mm的裂纹，一般在距裂纹尖端2mm左右处钻止裂孔来进行维修，超过这一长度的裂纹，则必须进行维修机械连接修理或复合材料胶接修理。

机械连接修理是将原损伤结构切除后在蒙皮上铆接一块金属加强片对其进行修理，加强片的形状、位置可由裂纹情况进行确定，对于异型面凸头钉孔边裂纹来说，这种切割后钻铆加强将破坏异型面的原结构，且加强片传载效率低，加强片的制造及安装操作需反诉调试，工艺复杂、修理效率低，效果有限。

复合材料胶接修理方法可分为两种，一种是干法修理，即将做好的预固化补片胶接贴敷于修理区域表面，然而对于异型面钉孔边裂纹这种方法并不适用，一是预固化补片为刚性结构，制造需要专用模具，且仍存在变形误差，贴敷效果不佳；二是需要将原凸头钉去除，钻钉的过程将导致裂纹不可控的进一步萌生扩展。

另一种是湿法修理，即用结构胶浸润纤维做成预浸料再贴敷于金属结构表面，这种方法尤其适用于异型面修理，然而由于凸头铆钉的存在，若将预浸料直接贴敷则会将钉子包裹住，造成暗钉，一是不利于后期结构的无损检测；二是包裹区域形状复杂，易造成死角，胶接质量下降，不利于补片的传载；三是造成修理部位长期使用失效后拆除的困难，因此设计一种合适的装置和方法来解决由于凸头铆钉的存在，对复合材料湿法修理异型面凸头钉孔边裂纹带来的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题

本发明的目的在于提供复合材料快速修理飞机金属蒙皮孔边裂纹装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题:设计一种合适的装置和方法来解决由于凸头铆钉的存在，对复合材料湿法修理异型面凸头钉孔边裂纹带来的问题。

技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：复合材料快速修理飞机金属蒙皮孔边裂纹装置和方法，步骤1：对孔边裂纹进行探伤；步骤2：设计修理方案；步骤3：对裂纹部位的表面进行处理；步骤4：对钉子的周围进行密封紧固；步骤5：修复孔边裂纹并加压固化；步骤7：对飞机表面进行处理。

优选的，在步骤1中，采用着色探伤或目视检查的方法对铆钉或者螺钉边缘裂纹进行确定，然后利用卷尺测量损伤范围及裂纹长度，并记录数据。

优选的，在步骤2中，根据记录的数据、裂纹发生部位的材质和修理复合材料的材质，利用有限元方法设计复合材料补片的大小，复合材料采用平纹织物碳纤维，浸润高强度结构胶，铺层方向为径向，碳纤维织物与金属之间铺一层玻璃纤维织物，玻璃纤维织物需由同种结构胶浸润处理。

优选的,在步骤3中，按照复合材料贴补所需面积，将裂纹周边测漆层用粗砂纸打磨清除，并用水及丙酮清洗，随后换细砂纸将贴补区域打磨，用刷子将打磨区域刷干净，并用水及丙酮清洗。

优选的，在步骤4中，通过在裂纹金属板钉子位置涂覆结构胶进行紧固，防止修理完后，长期使用后，钉子掉落，然后在钉子及裂纹缝隙处刷涂快干型密封胶。

优选的，在步骤5中，涂覆磷酸阳极化胶对胶接面进行化学处理，完成后将胶层去除，并用水清洗，用热吹风吹干，用偏正光镜片观察表面处理区域阳极化效果，若失败则需重新打磨再进行磷酸阳极化处理，成功后，针对凸头钉及异型面，先用结构胶浸润纤维织物，并依照修理方案铺层，用可伸缩型引孔器，选择适当的引孔器杆子直径，在纤维布上预留孔位，将规定厚度的纤维布贴到金属表面织物帖覆，完成后用引孔器调整孔位，在复合材料表面加盖脱模布、吸胶布、隔离膜，然后在加盖一层可变形柔性膜，保证压力均匀，铺设电热毯、透气毡、封袋，后抽真空固化。

优选的，在步骤7中，固化完成后，将表面真空袋及反面密封胶带拆除，将修理边缘打磨，保证平滑过渡，刷涂一层清漆，再根据飞机修理部位要求进行喷漆等后续操作。

优选的，所述引孔器包括第一段台阶，所述第一段台阶呈锥型，所述第一段台阶为实心结构，所述第一段台阶的外壁滑动连接可伸缩配合型台阶，所述可伸缩配合型台阶的外壁滑动连接第二段台阶，所述第二段台阶为封闭圆筒形结构。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该操作方法可在机上原位进行修理，操作简单易行，速度较快、有效减缓了裂纹扩展，且无需对飞机机体及修复的复合材料进行钻铆，也无需拆除原钉，避免了对机体及裂纹的再次伤害，孔边纤维的局部集中，对孔边进行了有效加强，进一步提高了结构的承载能力，延长了飞机的飞行寿命。

附图说明

图1为本发明方法的流出示意图；

图2为本发明引孔器结构示意图。

图中：1、引孔器；11、第一段台阶；12、可伸缩配合型台阶；13、第二段台阶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例，请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：复合材料快速修理飞机金属蒙皮孔边裂纹装置和方法,步骤1：对孔边裂纹进行探伤；步骤2：设计修理方案；步骤3：对裂纹部位的表面进行处理；步骤4：对钉子的周围进行密封紧固；步骤5：修复孔边裂纹并加压固化；步骤7：对飞机表面进行处理。

实施例，请参阅图1，在步骤1中，采用着色探伤或目视检查的方法对铆钉或者螺钉边缘裂纹进行确定，然后利用卷尺测量损伤范围及裂纹长度，并记录数据。

实施例，请参阅图1，在步骤2中，根据记录的数据、裂纹发生部位的材质和修理复合材料的材质，利用有限元方法设计复合材料补片的大小，复合材料采用平纹织物碳纤维cf3031，浸润j-349高强度结构胶，铺层方向为径向，为防止金属与碳纤维制件发生电位差腐蚀，碳纤维织物与金属之间铺一层玻璃纤维织物，玻璃纤维织物需由同种结构胶浸润处理。

实施例，请参阅图1，在步骤3中，按照复合材料贴补所需面积，将裂纹周边测漆层用粗砂纸打磨清除，并用水及丙酮清洗，随后换100目或80目的细砂纸将贴补区域打磨，用刷子将打磨区域刷干净，并用水及丙酮清洗。

实施例，请参阅图1，在步骤4中，通过在裂纹金属板钉子位置涂覆结构胶进行紧固，防止修理完后，长期使用后，钉子掉落，然后在钉子及裂纹缝隙处刷涂快干型密封胶，如汉高413,对于可达部位，可以在反面贴密封胶带，正面则无需涂覆密封胶。

实施例，请参阅图1-2，在步骤5中，涂覆ac-130糊状磷酸阳极化胶对胶接面进行化学处理，完成后将胶层去除，并用水清洗，用热吹风吹干，用偏正光镜片观察表面处理区域阳极化效果，若失败则需重新打磨再进行磷酸阳极化处理，成功后，针对凸头钉及异型面，先用结构胶浸润纤维织物，并依照修理方案铺层，用可伸缩型引孔器，选择适当的引孔器杆子直径（比钉孔直径大0.1mm），在纤维布上预留孔位，将规定厚度的纤维布贴到金属表面织物帖覆，完成后用引孔器调整孔位，在复合材料表面加盖脱模布、吸胶布、隔离膜，然后在加盖一层可变形柔性膜，保证压力均匀，铺设电热毯、透气毡、封袋，后抽真空固化。

实施例，请参阅图1，在步骤7中，固化完成后，将表面真空袋及反面密封胶带拆除，将修理边缘打磨，保证平滑过渡，刷涂一层清漆，再根据飞机修理部位要求进行喷漆等后续操作。

实施例，请参阅图2，所述引孔器包括第一段台阶，所述第一段台阶呈锥型，为方便插入湿法预浸料中，所述第一段台阶为实心结构，实心结构一是不易变形，二是可利用自重将所述引孔器拉长，所述第一段台阶的外壁滑动连接可伸缩配合型台阶，根据目前飞机常用凸头钉尺寸，以3mm为最小直径，每隔1mm设计一个台阶，最小的台阶高度10mm，随着台阶数增加，台阶高度也随之以2mm递增，所述可伸缩配合型台阶的外壁滑动连接第二段台阶，所述第二段台阶为封闭圆筒形结构，除第一段台阶为铝合金实心结构外，其余均为铝合金空心管材，每个台阶制件用微型凸半圆柱配合，所述第二段台阶的一侧设有旋转轴，可以用旋转轴旋转加深引孔器钻入深度，通过拉伸-压缩，可根据实际凸头钉尺寸，自由选择台阶直径，然后再与锥形钻头配合使用，即可引孔定位。

以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应在本发明的保护范围之内。