CN107054689A - 利用可变形板片修理飞行器结构的修理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于修理复合材料制的飞行器结构的修理方法，该飞行器结构包括具有至少一曲线的受损区域(10)。该方法包括至少两个复合材料板(12、14)的堆摞，每个板片的厚度使其可以手动变形，第一板片(12)施加在受损区域上，并手动成形，以便与受损区域的所述至少一曲线吻合，第二板片(14)施加在第一板片(12)上，并手动成形，以便与如此成形的第一板片的形状吻合。使用单个的板片可以使板片无工具地弯曲到希望的曲线，并且产生的堆摞具有希望的刚性。

Description

利用可变形板片修理飞行器结构的修理方法
技术领域
本发明涉及用于修理复合材料制的飞行器结构的修理方法、通过该方法得到的堆摞和包括该堆摞的飞行器结构。
背景技术
某些飞行器具有复合材料如碳纤维复合材料形成的结构。结构可以包括一个或多个在各种事故后损坏的单一或双曲线区域(例如这些区域的凹陷和可能的穿孔、擦痕等)。
使用铝合金制的零件(板材)修理这样的受损区域是很困难的，并产生与铝合金和复合材料之间的不同热膨胀系数和电腐蚀方面的不相容有关的问题。
因此存在以比上述现有技术更令人满意的方法修理该受损区域的需求。
发明内容
因此，本发明的目标是一种用于修理复合材料制的飞行器结构的修理方法，该飞行器结构包括具有至少一曲线的受损区域，其特征在于，所述修理方法包括至少两个至少部分聚合的复合材料制的板片的堆摞，每个板片的厚度使其能够手动变形，第一板片施加在受损区域上，并且手动成形，以便与受损区域的所述至少一曲线吻合，第二板片施加在第一板片上，并手动成形，以便与如此成形的第一板片的形状吻合。
由于它的厚度适于手动变形(该厚度小于板片堆摞的总厚度)，使用一些分离的至少部分聚合并且每个板片单独成型的平面(即没有初始曲线)或非平面的板片可以在飞行器的现场或飞行器外手动成形(例如弯曲)，因此适应受损区域的曲线。相反，在现有技术中，不可能使厚度相当于上述堆摞的不同构成板片的厚度之和的单一零件成型。
根据其它单独或互相组合的可能特征：
-将另外一个或多个(une ou plusieurs autres)复合材料制的板片一个在另一个之上相继地逐一施加，每个板片的厚度使其能够手动成型，使板片中的每一个手动变形，以便与位于下面并已经预先成形的板片的形状吻合；
-一些在另一些之上相继堆摞的板片中每个板片的尺寸(宽度和长度)小于位于下面的板片的尺寸，以形成阶梯状板片堆摞；
-一个在另一个之上接触的两个板片的堆摞形成的每个阶梯包括下板片的没有被上板片覆盖的空出周边区，使一个或多个机械固定部件在该空出周边区就位，以便使下板片或者直接与紧紧地位于所述下板片之下的板片机械连接，或者直接与紧紧地位于所述下板片之下的受损区域的一个或多个边缘机械连接；
-堆摞的每个板片的厚度根据复合材料的褶皱(pli)的方向和褶皱的数量进行选择，该厚度使得所述板片能够手动变形；
-堆摞的板片具有褶皱，褶皱的方向至少与受损区域的复合材料的褶皱的主要方向一致；
-堆摞的不同板片的厚度之和至少等于受损区域的厚度；
-所述修理方法包括使临时固定部件就位的步骤，以便在堆摞过程中使堆摞的板片互相临时固定并使堆摞的板片临时固定到飞行器结构的受损区域；
-所述修理方法包括在堆摞后使最终固定部件就位的步骤，以便使堆摞的板片互相最终固定并使堆摞的板片最终固定到飞行器结构的受损区域；
-板片的复合材料在堆摞前聚合；
-复合材料为碳纤维；
-受损区域具有单一曲线或双曲线，并且堆摞的每个板片手动并单独成形，以便适应受损区域的单一曲线或双曲线；
-板片的堆摞操作直接在受损区域进行，或者在受损区域外(飞行器外)例如放样板(gabarit)上进行；
-包括要修理的受损区域的飞行器结构是飞行器的主要结构。
根据另一方面，本发明的目标还在于一种板片堆摞，其特征在于，通过上面简述的方法得到至少两个复合材料制的板片形成的板片堆摞，这两个复合材料制的板片符合受损区域的所述至少一曲线。
根据另一方面，本发明的目标还在于一种复合材料制的飞行器结构，所述飞行器结构包括具有至少一曲线的受损区域，其特征在于，所述飞行器结构在受损区域处包括上面简述的板片堆摞。
附图说明
在下面对仅作为非限定例子给出并参照附图进行的描述过程中，其它特征和优点将显示出来，附图中：
-图1a、1b、1c是示出根据本发明的一实施方式的方法的相继的不同步骤的剖面图，该方法产生根据本发明的第一实施方式的板片堆摞；
-图2是示出根据本发明的一实施方式的方法的相继的不同步骤的流程图；
-图3a是示出根据本发明的第二实施方式的板片堆摞的剖面图，板片堆摞已经根据参照图1a-c和图2描述的方法就位；
-图3b是图3a的板片堆摞的俯视图；
-图3c和3d是比较图，通过与厚板片(图3c)的比较示出在板片堆摞(图3d)中产生的二次弯曲力矩减小；
-图3e和3f是比较图，通过与厚板片(图3e)的比较示出板片堆摞(图3f)的改进的成形能力；
-图4是集装有通过根据本发明的一实施方式的方法就位的板片堆摞的飞行器结构的壁体的横截面局部示意图；
-图5和6分别表示分别具有单一曲线和双曲线的飞行器结构的不同部分的透视图，在这些部分上，受损区域可以通过根据本发明的一实施方式的方法进行修理。
具体实施方式
下面的描述涉及复合材料制的飞行器结构的受损区域如飞行器机身或机翼的修理。
图1a-c以剖面图示意示出根据本发明的一实施方式修理该结构的受损区域10的方法的相继步骤。该方法以包括多个步骤的流程图的形式示于图2。
图1a示出飞行器结构的受损区域，受损区域包括通过周边边缘从外部界定的中心开口10c。图1a中只能看到周边边缘的两个相对部分10a、10b。图中看不到同一边缘的另外两个相邻的相对部分。区域10已经预先经过清洗，受损的褶皱已经取下，或者已经在受损区域中进行了切割(步骤S1)。
所示受损区域具有围绕垂直于附图的平面的轴线的曲线，并且还可具有与第一曲线垂直的另一曲线(双曲线)。例如受损区域是覆盖层，如飞行器表皮。
该方法使用一组复合材料制的板片，它们在该实施例中是平面的，并且每个板有两个尺寸(长度和宽度，它们可以相同)，并且互相垂直，并具有可以使每个板片手动变形的厚度，特别是可以手动弯曲的厚度，以便与要修理区域的曲线或所有曲线(在双曲线或更复杂几何形状的情况下)吻合。为了实施可以用希望的厚度修理受损区域的板片堆摞，最少需要两个板片。实际上，具有修理该区域所需总厚度的单一板片不能足够变形，以便与要修理区域的所希望的形状吻合。另外，多个板片的堆摞可以比单一厚板片改善机械力的传递。
要指出的是，堆摞的不同板片的厚度之和至少等于受损区域的厚度。因此，相对受损区域的厚度，堆摞的每个板片可看作是薄板片，即每个板片的厚度小于受损区域的厚度。在成形方面和力的传递方面，受损区域的厚度越大，使用板片堆摞越有利。
每个板片都由复合材料制成，这里复合材料已经聚合。这样可以很容易并且长时间储存等待使用的板片，不需要担心任何时效延迟。这在机场尽可能迅速修理飞行器结构时特别有用。实际上，在飞行器停留时刻(提前不知道的时刻)具备修理所需的所有零件以便不发生为接受缺少的零件产生等待延迟是重要的。
根据一实施变型，板片可以至少部分聚合，这样尽管没有熟化，它们也可以保存更长时间等待修理。
板片成型前的平面性(成型前没有任何弯曲)便于板片的储存，但平面性是选择性的。实际上，板片甚至在施加到受损区域之前可以是弯曲的。
特别是根据构成板片的复合材料的褶皱的方向和褶皱的数量确定每个板片应能手动变形的厚度(对板片组的所有板片的厚度不一定都相同)。如果板片未定向，它们是均质的(均匀皱褶(drapage))，并且褶皱的数量在所有方向相同。但是，从一个板片到另一个板片褶皱可能不同。构成要修理区的复合材料的褶皱一般有一个或多个方向或主要方向。主要方向为复合材料中褶皱数量最大的方向。根据要通过复合材料传递的力的类型选择复合材料的方向(例如，对剪切力方向为+/-45°，对纵向力方向为0°或180°，即沿飞行器的纵向施加的力)。因此，堆摞的板片的褶皱应该有这样的方向：这些方向至少与要修理区域的方向或主要方向一致，以便可以沿该方向或这些方向传递最大的力。但是，如果这是可能的，堆摞的板片是均匀的，以便于在堆摞前储存(平面)板片。
需要指出的是，板片的厚度还取决于应遵守的受损区域曲线。
要修理区域10的修理方法包括第二步骤S2(图2)，在第二步骤过程中，于在飞行器外例如在工作台上的要堆摞的板片12、14上实施临时固定孔。这些临时孔例如通过钻孔实施，将板片一个在另一个之上互相堆摞，与它们将堆摞在要修理区域上的方式相同。在所示实施例中，板片是平面的。
在随后的步骤S3中，使根据前面解释的第一板片12(图1a)在区域10之上就位。板片的尺寸大于区域10的尺寸，以便覆盖开口10c，并覆盖围绕开口的周边边缘10a、10b。板片覆盖或超出要修理区域的边缘取决于要传递的力的大小。在该步骤S3时，把板片施加在区域10上，并使板片手动成形，尤其是在其边缘处，从上施加手动压力，以便使板片准确适应区域10的外部曲线，以便得到图1b的结果。
在随后的步骤S4，将弯曲的板片12贴靠在区域10的边缘上。在区域10的边缘形成与板片12的临时固定孔对应的临时固定孔。
取下板片，清洗要修理区，并将胶施加在板片12用于贴靠在区域10边缘上的边缘或部分。然后将板片施加在要修理区上，使其贴靠在区域10的边缘上(步骤S5)。然后使临时机械固定部件在板片和区域10的临时固定孔中就位，以保证板片在该区域的机械强度(tenue)(步骤S6)。对该步骤，临时机械固定部件例如是一些铆接大头钉，每个大头钉保证板片和区域10(区域周边边缘)的两个临时孔之间对齐。作为替代，可以使用铝制盲孔铆钉或波普空心铆钉(放置的标记物)，以便进行临时机械组装。也可替代地使用其他类型的固定部件。
例如借助加热部件，如位于固定在区域10上的板片上的加热盖实现胶的加热步骤S7。
在胶熟化后(例如2小时、60℃)，取出使用的加热部件。
在步骤S8的过程中，使根据前面对第一板片12描述的平面的第二板片14在被第一板片12覆盖的要修理区域10之上就位(图1b)。然后将位于第一板片12之上的第二板片14施加在图1b的第一板片12上，并如上面解释的(步骤S3)使其手动成形，以便与第一板片12的外部曲线吻合。必须使板片12和14的厚度之和至少与要修理区域的缺失部分的厚度对应。通过维修文件和图纸，或通过可以例如通过进行一次或多次测量而确定受损表面厚度的工具得到缺失部分的厚度。
在区域10的边缘上形成与板片12和14的临时固定孔对应的临时固定孔(步骤S9)。
取下板片14，清洗受损区域，并将胶施加在用于贴靠在板片12上的板片14上。然后将板片14重新施加在板片12上(步骤S10)。然后使临时机械固定部件在板片和区域10的临时固定孔中就位，以保证板片14在板片12和区域10上的机械强度(步骤S11)。例如使用与步骤S6使用的相同的临时机械固定部件。也可另外使用其它类型的固定部件。
例如借助加热部件，如位于固定在区域10之上的板片14上的加热盖实现胶的加热步骤S12。
在胶熟化后，取下使用的加热部件，取下临时机械固定部件，并使最终机械固定部件在板片与区域10之间就位(步骤S13)。对该步骤，最终机械固定部件例如是螺钉-螺母型组装部件，它们的机械公差比临时固定部件更可调整。螺钉-螺母型组装部件例如符合HL11标准，并且例如由钛制成。作为替代，可以使用永久铆钉以进行最终机械组装。也可替代地使用其它类型的固定部件。
上述步骤的结果示于图1c，其形状是两个符合受损区域10的曲线的板片12、14的堆摞(第一实施方式)。要指出的是，可以用和板片12和14相同的方式将一个或多个其它板片相继堆摞在板片之上。
当如上所述的形成堆摞时，将板片或铜网ECF(膨胀铜箔)安装在堆摞上，以保证飞行器表皮中的雷击连续功能(fonction de continuitéfoudre)(步骤S14)。在步骤S15过程中施加胶，并且进行真空干燥(例如在真空包内进行真空加热，并在120℃、2小时30分钟内使用干发器类的干燥器)。
至少两个板片的堆摞(板片12、14，如有必要也可是其它板片)的优点是每个板片很容易无工具单个成型，而更大厚度的板片将是很困难甚至不可能无工具变形。因此，当在技术手段可能有限的机场的情况下，可以在飞行器上修理受损区域。例如，在机场可能难以加工用于进行修理的零件。根据上述实施方式和其变型以及根据下面的实施方式和其变型的方法很容易在技术手段有限的环境中实施。
这样构成的板片堆摞可以对要修理区得到希望的机械刚性。
例如，用于板片的复合材料由和飞行器结构的要修理区域一样的碳纤维制成。但是，对板片也可考虑其它复合材料，即使要修理区域的复合材料是不同的。
此例中每个板片的厚度为1.2mm。
另外，将一些板片堆摞在另一些板片之上的操作可替代地在飞行器外进行，例如在代表要修理区域尤其是它的曲线的放样板上进行。然后将这样构成的堆摞运输到现场，在现场通过上述方法之一固定在要修理区域上。
要指出的是，也可考虑以多个复合板片的堆摞为基础的修理方法的其它实施例。
图3a(第二实施方式)示出如前面解释的与受损区域10的曲线相符的已聚合复合材料制的平面板片20、22、24的堆摞。每个板片的厚度根据和板片12和14相同的规则确定。和第一实施方式一样，板片的厚度可以互相相同或不同。
但是，一些在另一些之上相继地堆摞的板片20、22、24不具有相同的尺寸(宽度和长度)。实际上，每个位于下板片之上的上板片的尺寸比下板片的尺寸小，以便形成阶梯状的堆摞结构或金字塔结构。这样的金字塔结构在图3b上以俯视图示出。如图所示，一个在另一个之上接触的两个板片的堆摞形成的每个阶梯包括下板片不被上板片覆盖的空出周边区。因此，每个板片20和22具有从外围绕上板片的自由周边区，分别为22和24。在所示例子中，多个机械固定部件在每个周边区就位，例如它们均匀分布在周边区的整个延展区域上。这些固定部件保证组装/堆摞在飞行过程中的机械强度的整体性。
机械固定部件26a、26b、26c、26d、26e、26f沿固定线机械组装(实施修理方法时，并尤其是构成板片堆摞时，将固定部件分别插在预先形成的固定孔中)，第一板片20与紧紧地位于下面受损区域10的边缘10a、10b组装，第二板片22与紧紧地位于下面的第一板片20和位于第一板片20下面的区域10的边缘10a、10b组装，第三板片24与紧紧地位于下面的第二板片22、位于第二板片下的第一板片20以及位于第一板片20之下的区域10的边缘10a、10b组装。这些机械固定部件是如上所述的最终固定部件。但是，在修理方法的实施过程中，尤其是构成板片堆摞时，首先使临时机械固定部件在固定孔中就位，然后在最终固定部件就位前取出。要指出的是，固定部件的数量尤其取决于每个要组装板片的周边区的延展区域，以及飞行器使用时(飞行时)板片将承受的机械应力。
固定部件一般按照以下规律互相分开：两个位于板片20和22的从外围绕上板片(分别为22和24)的每个自由周边区的固定构件互相分开的距离为固定构件直径的4-6倍。
同样，每个固定部件相对上板片(此例中分别为板片22和24)的边缘的距离为固定部件直径的至少两倍，以避免飞行器使用时的填隙(matage)问题和板片组装/堆摞的变形问题。
无论堆摞的板片数量如何，这些规则都适用。
已经作为例子示出了三个板片，但也可根据需要考虑两个板片的堆摞。
阶梯结构的至少两个板片的堆摞的优点是，在每个板片的中性(neutre)纤维的移动比更厚板片的中性纤维的移动小的条件下，该堆摞受飞行器使用时二次弯曲的影响较少。因此，保证被修理区域处的结构机械强度的图3a的机械固定部件26a、26b、26c、26d、36e、26f比同样尺寸的板片堆摞承受的弯曲机械应力小。
为厚板(图3c)和图3a的小厚度板片(图3d)堆摞之间的比较示意图的图3c和3d示出了这一点。箭头表示经过中性纤维的二次弯曲力矩，并且箭头的厚度表示二次弯曲力矩的强度。
因此板片堆摞机械上更牢固，并改善了负载。
在优先使用堆摞的阶梯结构(分级结构)以修理飞行器的主要结构区的条件下，施加在机械固定部件上的二次弯曲减小特别有用。飞行器的主要结构是在其中传递很大机械力的结构，在该主要结构中，不同的机械组装部件尤其是固定部件受到很大应力。对此类结构，通过胶粘的最终组装是不可实现的。
此类结构例如是包括机身框架、中心梁的飞行器机身的主要结构。
与主要结构相反，还有次要结构如腹整流罩。这些结构在力的传递方面承受较低的机械应力，因此要组装的构件可以只通过胶粘组装，胶粘足以传递力。
一般说来，主要结构固定在飞行器上，它的损坏或该结构的一部分在飞行过程中丢失使飞行器驾驶成为问题。例如在丢失一机身板的情况下，可能出现负压问题并损坏飞行器。
因此，为了修理飞行器主要结构的区域，使用一些在另一些之上的堆摞的复合板片的阶梯结构，以及在板片的空出区(从外围绕上板片的周边区)的机械固定部件或零件，以便使板片机械连接在一起并且还与要修理的区域机械连接在一起。因此保证堆摞结构的机械强度的整体性。
该堆摞另外保留与参照图1c的第一实施方式描述的在可变形性以及便于就位等方面的同样优点。
图3e和3f是厚板(图3e)和图3a的小厚度板堆摞(图3f)之间的比较示意图。该比较表示应施加到厚板上以使其变形的机械力比为使堆摞的每个小厚度板变形而施加的力更大。
该堆摞不需要任何加工，因此避免航空公司需要在应干预该修理的机场中适用的制造装置。另外，该加工是昂贵的。
图4示出飞行器结构的壁体(机身)的一部分。根据上述实施方式之一的板片堆摞32(或一些厚度相同或不同甚至材料相同或不同的不同板片)已经施加在要修理区域34上。修理区在壁体的内表面上包括桁条36。可能在该壁体上发生了不同的损坏：例如飞行器表皮和/或桁条都可能损坏。则桁条可以更换或修理。在所示例子中，表皮的区域34已经修理，以便能够耐受通过桁条36传递的机械力。
已经示出了两组固定件38a、38b，例如用于沿着固定线将堆摞/组装部件32固定到受损区域，并且有些固定到桁条上。
图5和6以内部透视图示出根据上述实施方式的方法可以用于其中的飞行器的不同结构部分。这些结构部分对其中一结构部分40包括围绕纵轴A1的单一曲线(该曲线例如到(rencontrer)飞行器的中心柱形区域)，对另一结构部分42，包括同时围绕纵轴A1和横轴A2的双曲线(该曲线例如到飞行器的前端和后端)。
要指出的是，要按照上述方法修理的结构可能是非常多样的。因此修理可以带到框架、梁等上。
上述可以得到特别是图1c和3的板片堆摞的方法可以没有很大困难地用简单的部件通过平均资质的操作者在比较短的时间内在现场进行。
另外，使用复合材料制的板片修理复合材料制的飞行器结构不会产生电腐蚀现象，也不会产生不同热膨胀的现象。
使用的修理方法不干扰要修理区周围的区域。

Claims (15)

1.一种用于修理复合材料制的飞行器结构的修理方法，所述飞行器结构包括具有至少一曲线的受损区域(10)，其特征在于，所述修理方法包括至少两个至少部分聚合的复合材料制的板片(12、14；20、22、24)的堆摞，每个板片的厚度使其能够手动变形，第一板片(12；20)施加在受损区域上，并手动成形，以便与受损区域的所述至少一曲线吻合，第二板片(14；22)施加在第一板片(12；20)上，并手动成形，以便与如此成形的第一板片的形状吻合。
2.根据权利要求1所述的修理方法，其特征在于，将另外一个或多个复合材料制的板片(24)一个在另一个之上相继地逐一施加，每个板片的厚度使其能够手动变形，使每个板片手动成形，以便与位于下面并已经预先成形的板片的形状吻合。
3.根据权利要求1或2所述的修理方法，其特征在于，一些在另一些之上相继堆摞的板片(20、22、24)中每个板片的尺寸(宽度和长度)小于位于下面的板片的尺寸，以便形成阶梯状的板片堆摞。
4.根据权利要求3所述的修理方法，其特征在于，一个在另一个之上接触的两个板片的堆摞形成的每个阶梯包括下板片的没有被上板片覆盖的空出周边区，使一个或多个机械固定部件在该空出周边区就位，以便使下板片或者直接与紧紧地位于所述下板片之下的板片机械连接，或者直接与紧紧地位于所述下板片之下的受损区域的一个或多个边缘机械连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的修理方法，其特征在于，堆摞的每个板片的厚度根据复合材料的褶皱的方向和褶皱的数量进行选择，该厚度使得所述板片应能手动变形。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的修理方法，其特征在于，堆摞的板片具有褶皱，褶皱的方向至少与受损区域的复合材料的褶皱的主要方向对应。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的修理方法，其特征在于，堆摞的不同板片的厚度之和至少等于受损区域的厚度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的修理方法，其特征在于，所述修理方法包括使临时固定部件就位的步骤，以便在堆摞过程中使堆摞的板片互相临时固定并使堆摞的板片临时固定到飞行器结构的受损区域。
9.根据权利要求8所述的修理方法，其特征在于，所述修理方法包括在堆摞后使最终固定部件就位的步骤，以便使堆摞的板片互相最终固定并使堆摞的板片最终固定到飞行器结构的受损区域。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的修理方法，其特征在于，板片的复合材料在堆摞前聚合。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的修理方法，其特征在于，受损区域具有单一曲线或双曲线，并且堆摞的每个板片手动并单独成形，以便适应受损区域的单一曲线或双曲线。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的修理方法，其特征在于，板片的堆摞操作直接在受损区域上进行，或者在受损区域外进行。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的修理方法，其特征在于，包括要修理的受损区域的飞行器结构是飞行器的主要结构。
14.一种板片堆摞，其特征在于，通过权利要求1至13中任一项所述的修理方法得到至少两个复合材料制的板片形成的板片堆摞，这至少两个复合材料制的板片符合受损区域的所述至少一曲线。
15.一种复合材料制的飞行器结构，所述飞行器结构包括具有至少一曲线的受损区域，其特征在于，所述飞行器结构在受损区域处包括根据权利要求14所述的板片堆摞。
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