近年來,復合材料在飛機上的用量正大幅度提升,波音和空客等航空公司在復合材料上的使用量均超過50%,隨著復合材料裝機使用規模逐步增加,復合材料的結構損傷現象也日益凸顯,本文介紹飛機用復合材料的常見損傷及損傷產生的原因,希望對避免產生損傷起到一定的警示作用。
飛機復合材料結構常見的損傷類型主要包括劃傷、裂紋、凹槽、點蝕、凹坑、分層、脫膠及雷擊等損傷。
(1)劃傷,是一種線性損傷,通過檢查破損長度和深度程度來區分,劃傷是由于尖銳物體接觸,而造成一定深度和長度的線性損傷。
(2)刻痕,是一種小區域損傷, 通過檢查損傷處是否穿透表層來區分。
(3)分層/脫膠,通過檢查復合材料結構內部分分離破壞發生的位置來區分,分層是指在復合材料層合板結構中,不同纖維層之間的剝離破壞,脫膠是指復合材料構件中,纖維層和蜂窩之間的玻璃破壞。
(4)凹坑/穿孔,通過檢查破壞發生的深度是否穿透復合材料板厚來區分。
(5)燒蝕,是復合材料遇到明火或雷擊而引起復合材料構件的燒蝕損傷,通過目視檢查復合材料外表面可以發現。
復合材料的損傷大部分是由于制造的缺陷或使用維修不當引起的,設計與制造中的缺陷是造成復合材料結構“先天缺陷”的主要原因,而使用與維修中的不當主要是有地面的操作失誤等原因造成,環境也是引起復合材料損傷的一個原因,主要介紹如下:
(1)制造過程中產生的缺陷:復合材料在生產、裝配和使用過程中可能會出現各種類型的缺陷,會降低它們的性能和使用壽命,一種常見的層合板結構,可能會出現脫層、粘合不良、褶皺或折疊、鼓包、分層、雜質等,另一種常見的復合材料蜂窩夾層結構,可能出現蜂窩芯格壓縮、蜂窩芯凹陷等缺陷
(2)在裝配過程中產生的缺陷:在裝配過程中,可能因鉆孔、螺紋連接和變形等原因出現缺陷,常見的缺陷包括制孔缺陷、鉸孔缺陷、扭曲變形缺陷等,這些缺陷可能影響部件的適配性和完整性,為確保復合材料的結構安全性和可靠性,必循定期檢查和監視生產過程和裝配過程。
(3)使用維修過程產生的損傷:據統計,由于天氣原因造成的損傷為10%,由于鳥撞原因造成的損傷為20%,由于人為造成的損傷為70%,因此,需要對各單位人員進行全面的培訓以減少損傷的發生。在航空器上,最容易受到鳥撞影響的部位主要集中在機頭雷達罩、機翼、平尾的前緣等區域,這些部位通常是航空器表面最突出的部位,這些部位的損傷可能會導致嚴重后果,如損壞飛行控制系統、干擾飛行員視線等。操作失誤引起的結構受損主要是由于各種撞擊引起的,例如跑道、設備、工具等這些損傷如果不及時修復,對飛機的安全性能造成潛在的威脅。
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