基于民航复合材料修理参数的真空发生器研发.pdf
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1、中国科技信息 2024 年第 2 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2024-28-航空航天由于复合材料本身的优异性能和不断发展的现代制造技术,在民航客机上广泛使用复合材料部件,其结构比例成为飞机先进程度的重要衡量指标,如波音 B787 机体复合材料比例达到 50%、空客 A350 机体复合材料比例更是高达52%等。当今世界航空业已步入微利竞争时代,随着复合材料部件的大量投入用,复合材料的日常修理能力也已成为航空公司现有核心竞争力的重要体现。但目前,我国民用航空客机主要以美国波音公司、欧洲空客公司系列机型为主,我国各大航空公司在严格遵循
2、国家民航局适航维修要求的基础上严格参照上述航空器制造商制定的维护手册及各类修理资料对所属的飞机进行日常的维修和保养;大量的进口相关的维护和修理设备费用已成为国内各大航司及 MRO 机构运营成本的重要开销;如何利用厂家资料里所提供有限的维修技术参数突破相关技术封锁开发适用的维修设备是民航企业进入微利时代提升自身盈利能力的重要渠道。本文通过在实际民航复合材料维修过程中对已有相关修理案例基础上收集有关复合材料修理的关键控制参数,结合文氏管对伯努利定理和流体连续性的应用为方向,研发一种投入成本低而安全和可靠性高的真空发生器,为民航飞机复合材料部件维修过程中提供符合手册所要求的真空压力。复合材料修理真空
3、参数介绍复合材料主要由基体树脂材料和功能增强纤维组成,制造过程中除严格控制环境洁净度外主要的加工参数就是真空度和加温模式的控制。其中,真空度以真空压力作为体现,是非常关键的一个步骤;复合材料维修过程中真空压力的作用主要是以下几个方面。1.去除空气和杂质真空环境下没有空气和杂质的干扰,可以保证复合材料的基体树脂化学反应过程的稳定和材料的均匀性。在复合材料铺层修理过程中,如果不按厂家规范要求对修理区域进行抽真空或者真空压力不足,将导致维修区域环氧树脂、胶膜、纤维等材料之间产生气穴或产生其他化学反应而降低最终的修理无法达到要求,甚至产生复合材料纤维脱胶和分层等缺陷。2.加速树脂渗透在修理区域真空包中
4、的树脂可以快速地渗透到纤维基体物料中。在对纤维织物铺层修理区域施加真空压力时,真空包内气压降低,树脂渗透速度会变快,可以更好地让树脂基行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度基于民航复合材料修理参数的真空发生器研发陈俊逸陈俊逸深圳航空有限责任公司-29-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2024中国科技信息 2024 年第 2 期航空航天体填充作为增强质的纤维物料,避免贫胶修理纤维区域的出现,并能够形成更加紧密的织构结构或贴合原始修理区域达到传递受力载荷的作用。3.防止气泡生成在基体树脂固化的过程中由于
5、化学聚合作用会产生体,不及时通过真空加压排出加温反应过程中的水分、树脂或挥发物,会导致修理区域性能降低甚至产生缺陷。抽真空可以排出修理铺层区域中产生的水分、气体和杂质,从而使修复区域达到厂家手册的修复控制要求,确保修理工作的最终质量。通过查阅波音飞机和空客飞机相关维修手册资料可得到在役复合材料部件受损后修理时真空度的控制要求,以及部件胶粘修理过程中的真空压力要求,例如:空客A320319318 的襟翼防磨片安装、平尾防风蚀 COVER 安装及门槛压力安装等工作。以图1飞机结构修理手册中的复合材料修理加温曲线图为例,图里面分别给出了两纵一横的关键参数控制坐标轴,分别代表温度控制、时间要求和真空压
6、力要求;其中右侧纵轴线“VACUMM PRESSURE BARS(PSI)”明确给出了修理过程中修理区域真空压力的需求在 0.75BARS以上,以达到压实纤维增强体和排出树脂基体化学聚合过程中所产生的气体,同时防止聚合过程中的局部形体应力产生。由此知道真空压力是复合材料制造和修理的三大关键参数之一,在整个复合材料修理过程中均需要得到恒稳的保障,以保证修理区域复合厂家对于复合材料修理的苛刻要求;否则,将会降低复合材料部件修复后的可靠性,降低飞机的安全边际。民航常用厂家真空设备及存在的问题除常规损伤去除工具和一般消耗性物料外,表 1 列出了现代民航飞机复合材料修理过程中常用的设备及用途。其中,复合
7、材料维修提供真空压力常用的方式主要有两种:一是安装真空包,二是使用真空泵。1.真空包法真空包法是指将复合材料部件或维修区域及相关物料包裹入真空袋中,然后通过真空泵抽出真空包中空气形成负压达到维修所需的真空压力。由于这种方式具有适用于各类型面和维修投入低的特点,所以法被广泛应用于现代民航飞机复合材料部件的修理过程中。2.真空泵法真空泵法是指将复合材料部件放入真空容器中,通过使用真空泵排出器型腔内的空气达到所要求的负压真空的方式;这种方法用于生产或维修更大尺寸的复合材料产品,如:制造波音 787 型飞机的机身段,以及用于民航飞机雷达罩的整体修复等工作中。除了以上的方法外,还有真空电炉,真空浸渍等抽
8、取真空形成负压的方法。真空压力对于复合材料修理非常重要,只有保证维修区域中的空气和杂质按要求排清,才能保证整项复合材料修部件修理工作过程不受影响,并使部件整体维修质量达到厂家手册的相关要求。目前飞机制造厂家提供的修理设备中热压罐、修补仪及电动真空泵均能提供修理所需的真空源,以提供真空压力图 1 飞机结构修理手册关于复合材料加温的描述图图 2 文氏引射原理真空发生原理图表 1 常用复合材料修理设备名称用途热压罐大面积及复杂型体修理时的热源、真空源、压力源修补仪用于结构固化与树脂固化、胶黏剂或胶膜固化修复的热胶连接修复电动真空泵冷、热修理时提供真空压力源负压真空压力表修理区域真空压力检测及监控红外
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