CN112140596A - 一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合材料蜂窝夹层结构穿透型损伤的修理方法，采用填充蜂窝芯后再对蜂窝夹层结构内外两侧面板铺贴修补铺层的方法，对受损结构进行修理补强，具体包括如下步骤：1)新制蜂窝芯周圈包裹发泡胶后，填充穿透损伤区；2)用预浸料填充布填平面板的损伤区；3)细砂纸打磨一侧面板受损区周围后，依次铺贴胶膜和修理铺层，并进行加温加压固化；4)采用相同的方法修补另一侧面板，完成对受损结构的修理。本发明所涉及的修补铺层选材、铺层角度不要求与被修理的蜂窝夹层结构面板完全相同，降低了蜂窝夹层结构的修理难度，具有操作简便、强度修复率高、增重较少的优点，适合用于蜂窝夹层结构的内、外场永久修理作业。

Description

一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法

技术领域

本发明属于直升机结构修理技术领域，具体涉及一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法。

背景技术

直升机的机体结构上大量采用薄复合材料面板蜂窝夹层结构，作为机身蒙皮或框腹板使用，在服役过程中，经常遭受工具或外来物的高、低速冲击，可能造成穿透型损伤，需要进行适当的修理，并评估修理效果。

经检索发现，相关专利中主要有层压板、蜂窝夹层或泡沫夹层复合材料结构的修理方法。

其中，专利CN1055338753A中介绍了一种针对纸蜂窝夹层结构凹陷脱粘、蒙皮鼓包缺陷的修理方法，将损伤区碳纤维层打磨后，加入常温固化填料对缺陷区进行填充修复，最后再碳布浸常温胶修补表面碳纤维层。

专利CN110815877A(在审)中介绍了一种薄壁带曲率复合材料层压结构穿透损伤的修理方法，主要创新点在于采用了一个外表面曲率与被修理件一致的泡沫背板作为辅助工装，在穿透损伤区域填充填料，然后再铺放修理布层，不需要新制复合材料补片成型工装，可降低修理成本。

专利106273561A中介绍了一种层压复合材料封闭腔体结构贯穿孔缺陷的修理方法，将预制的复合材料薄片轻微弯曲，塞进缺陷孔中，再用导线引导薄片定位，形成修理背板后再填充缺陷孔，并铺布补强。该方法的主要创新点是解决了修理可达性的问题。

专利CN106226393A和CN205291767U中，依次描述了层压板复合材料结构分层损伤、复合材料泡沫夹层结构脱粘损伤的修理方法。

上述专利主要描述了复合材料结构一些损伤形式的修理方法，但是专利1仅适用于蜂窝夹层结构单侧损伤的修理，专利2、3适用于层压板复合材料结构的穿透损伤修理，专利4、5则适用于层压板分层、泡沫夹层结构脱粘损伤的修理。

发明内容

本发明的目的：为直升机薄壁蜂窝夹层结构提供一种专门针对穿透型损伤修理方法。

本发明的技术方案：

一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，包括以下步骤：

步骤一：切割一块与蜂窝夹层板损伤形状尺寸相同的蜂窝芯；

步骤二：用砂纸打磨蜂窝夹层板损伤区周围的内、外面板的表面，并用丁酮擦拭至表面无污渍；

步骤三：对蜂窝夹层板损伤区进行加热除湿；

步骤四：用发泡胶将蜂窝芯周圈包裹并将包裹后的蜂窝芯放入蜂窝夹层板损伤区；

步骤五：在蜂窝夹层结构损伤区内的蜂窝芯内面板一侧铺贴多层填充布，所述多层填充布形状尺寸与蜂窝夹层板损伤区形状尺寸相同，所述多层填充布厚度与内面板厚度相同；

步骤六：剪裁一层圆形胶膜并剪裁四层圆形修补铺层；

步骤七：将胶膜和第一至第四修补铺层依次铺贴在两层填充布外侧并与损伤区同心；

步骤八：预制铝合金均压板并将其放置在第四修补铺层上方；

步骤九：将修理后的蜂窝夹层结构放入真空袋并抽真空后放入固化炉加温固化；

步骤十：将加温固化后的蜂窝夹层结构取出，完成蜂窝夹层结构内面板一侧的修理；

步骤十一：采用与蜂窝夹层结构内面板一侧相同的修理方法完成蜂窝夹层结构外面板一侧的修理。

进一步，第一修补铺层相对于损伤区的搭接量为20mm。

进一步，第二至四修补铺层相对于前一层修补铺层的搭接量依次为10mm、10mm和20mm。

进一步，胶膜直径与第四修补铺层直径相同。

进一步，蜂窝芯的方向与蜂窝夹层板的夹芯方向相同。

进一步，第一至第四修补铺层材料为碳布平纹织物预浸料。

进一步，第一至第四修补铺层的铺层角度依次为：±45°、0°/90°、0°/90°、±45°。

进一步，砂纸目数为180-240目。

进一步，所述步骤三中加热除湿的温度控制在70℃-90℃范围内，时间为2-5分钟。

进一步，所述步骤四中发泡胶厚度为1.0-1.5mm，宽度与蜂窝芯高度相同。

本发明有益效果：

1、所选用的修理铺层(包括铺层顺序与材料)不要求与受损蜂窝夹层板的面板铺层保持一致，修理选材要求降低，减轻了维护保障难度；

2、修理铺层均选用碳布平纹织物，相比单向带，便于剪裁成型；

3、修理后蜂窝夹层结构的强度恢复率高，能有效恢复其承载能力；

4、由修理引起的蜂窝夹层结构增重较少。

附图说明

图1是薄壁蜂窝夹层板示意图；

图2是A-A向剖视图；

图3是B局部放大图；

图4是含穿透型损伤的薄壁蜂窝夹层板示意图；

图5是新制蜂窝芯填充及内面板侧的修理过程示意图；

图6是外面板侧的修理过程示意图；

图7是蜂窝夹层板压缩稳定性试验装置示意图；

编号说明：1-蜂窝夹层，2-复合材料薄壁蜂窝夹层板，3-外面板，4-内面板，5-胶膜，6-蜂窝夹芯板损伤区，7-蜂窝芯，8-发泡胶，9-填充布，10-胶膜，11-第一修补铺层，12-第二修补铺层，13-第三修补铺层，14-第四修补铺层，15-均压板，16-底座，17-立柱，18-压块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3所示，蜂窝夹层1高度为15mm的复合材料薄壁蜂窝夹层板2，外面板3的铺层为±45°、0°、-45°、0°、0°，内面板4的铺层为0°、-45°、0°、±45°，其中最外层铺层±45°的材料为AC531/CF8611/40碳布平纹织物，0°、-45°铺层的材料为AC531/CCF800H/35碳布单向带，蜂窝夹层1的材料为NH(LB)-1-1.83-48-δ15，蜂窝夹层1与外面板3、内面板4之间选用胶膜5的材料为J-99B高温固化胶膜。图4为复合材料薄壁蜂窝夹层板2包含蜂窝夹芯板损伤区6的状态，直径为60mm。

一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，包括以下步骤：

步骤一：切割一块直径为Φ60mm、高度为15mm的蜂窝芯7，如图5所示，蜂窝芯7材料仍选用NH(LB)-1-1.83-48-δ15；

步骤二：用240目的细砂纸打磨蜂窝夹层板2的蜂窝夹芯板损伤区6周围的外面板3、内面板4表面，范围为Φ180mm，并用丁酮擦拭，直至表面无污渍；砂纸目数太小会损伤蜂窝夹层板2表面的纤维，目数太大不能在蜂窝夹层板2的表面形成打磨沟槽而影响胶接效果。

步骤三：在修理前用暖风机将蜂窝夹芯板损伤区6的蜂窝夹层1和新制蜂窝芯7加热除湿；暖风机温度控制在70℃-90℃范围内，时长2-5分钟，以清除蜂窝芯表面的湿气。

步骤四：剪一条厚度1mm、宽度为15mm的J-97发泡胶8，将蜂窝芯7周圈包裹，放入蜂窝夹层板2的蜂窝夹芯板损伤区6内，并将蜂窝方向与蜂窝夹层板2对齐；J-97发泡胶的厚度控制在1.0-1.5m范围内，避免对蜂窝芯7过度挤压。

步骤五：按损伤区直径Φ60mm剪裁两层填充布9，材料为3234/CF3052/39碳布平纹织物预浸料，将两层填充布9填入内面板4的蜂窝夹芯板损伤区6，铺层方向不限；选择碳布平纹织物预浸料相比单向带预浸料的优点是便于剪裁，预浸料不会散开，方便修理操作，但是本步骤所用的预浸料主要起填充作用，可根据实际条件选择平纹织物或单向带预浸料。

步骤六：剪裁直径为180mm的J-95胶膜10，以及直径100、120、140、180mm的修补铺层11、修补铺层12、修补铺层13、修补铺层14，铺层的角度依序为±45°、0°/90°、0°/90°、±45°，其中铺层±45°和0°/90°的材料均为3234/CF3052/39碳布平纹织物预浸料；如步骤五所述，选择碳布平纹织物预浸料的原因是相比单向带预浸料的优点是便于剪裁，预浸料不会散开，方便修理操作。

步骤七：按胶膜10、修补铺层11、修补铺层12、修补铺层13、修补铺层14的先后顺序，铺贴在蜂窝夹层板2的内面板4表面，与蜂窝夹芯板损伤区6保持同心，如图5所示。

步骤八：预制1mm厚、直径为200mm的铝合金均压板15，放置在面板的铺层修理区域，用于辅助均匀加压；

步骤九：将初步修理的蜂窝夹层板2上放入真空袋，抽真空后放入固化炉进行加温固化，固化过程保持真空压力大于0.07MPa。升温速率为2℃/min，升温至125℃，保温120-150min，按不大于3℃/min的速率降至室温后取出蜂窝夹层板2；

步骤十：按步骤五剪裁两层填充布9，填入外面板3的蜂窝夹芯板损伤区6，如图6所示；

步骤十一：仍按步骤六剪裁J-95胶膜10和修补铺层11-14，再按步骤七的顺序将J-95胶膜10与修补铺层11-14铺贴在外面板4的蜂窝夹芯板损伤区6；

步骤十二：重复步骤八和步骤九，完成外面板3一侧修理铺层的加温固化。

所述修理步骤完成后，通过压缩稳定性试验评估蜂窝夹层板穿透型损伤的修理效果，其具体步骤如下：

步骤一：制造如图7所示的压缩试验装置，其主要部件包括底座16、立柱17、压块18，将修理后的蜂窝夹层板2夹持在压缩试验装置中。其中底座16对蜂窝夹层板2提供沿重力垂直方向的支撑，立柱17为蜂窝夹层板2提供蜂窝高度方向的横向支撑，压块18为压缩加载端，试验机通过压缩压块18对修理后的蜂窝夹层板2进行加压。

步骤二：在电子万能试验机上，按0.5kN/s的加载速度进行逐级压缩加载，直至修理后的蜂窝夹层板2发生失稳后破坏。

按与所述压缩稳定性试验相同的步骤，对完好状态的蜂窝夹层板、含预制穿透型缺陷的蜂窝夹层板分别进行压缩稳定性强度试验，并与修理后蜂窝夹层板的极限承载能力作对比，以评估修理效果。

本发明的关键点在于给出了蜂窝夹层结构穿透型损伤的修理方法。其中薄壁蜂窝夹层板2的外面板3、内面板4的铺层可根据实际结构铺层进行调整，铺层材料可替换为其他高温或中温碳纤维增强复合材料；外面板3、内面板4的修补铺层中保持±45°平纹织物预浸料的铺层位置不变，0°/90°铺层的数量可视情增减，但保证修补铺层总厚度等于或大于外面板3、内面板4的铺层厚度。蜂窝夹层板2上蜂窝夹芯板损伤区6的直径可参考实际穿透型损伤的程度来确定，但保证修补铺层11-14的搭接量为10～20mm。

采用本发明中所述修理方法，修理区的修理铺层与蜂窝夹层板粘接完好，修理后恢复了受损蜂窝夹层结构的完整性，且修理件相比完好板增重仅为13.2％。同时，通过对比试验结果显示，含预制缺陷的穿透型损伤蜂窝夹层板的平均剩余压缩极限强度为完好蜂窝夹层板的49.3％，采用所述修理方法的修理后蜂窝夹层板的平均强度恢复至完好蜂窝夹层板的94.1％，基本恢复了受损蜂窝夹层板的承载能力。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：切割一块与蜂窝夹层板损伤形状尺寸相同的蜂窝芯；

步骤二：用砂纸打磨蜂窝夹层板损伤区周围的内、外面板的表面，并用丁酮擦拭至表面无污渍；

步骤三：对蜂窝芯和蜂窝夹层板损伤区进行加热除湿；

步骤四：用发泡胶将蜂窝芯周圈包裹并将包裹后的蜂窝芯放入蜂窝夹层板损伤区；

步骤五：在蜂窝夹层板损伤区内的蜂窝芯内面板一侧铺贴多层填充布，所述多层填充布形状尺寸与蜂窝夹层板损伤区形状尺寸相同，所述多层填充布厚度与内面板厚度相同；

步骤六：剪裁一层圆形胶膜并剪裁四层圆形修补铺层；

步骤七：将胶膜和第一至第四修补铺层依次铺贴在两层填充布外侧并与损伤区同心；

步骤八：预制铝合金均压板并将其放置在第四修补铺层上方；

步骤九：将修理后的蜂窝夹层结构放入真空袋并抽真空后放入固化炉加温固化；

步骤十：将加温固化后的蜂窝夹层结构取出，完成蜂窝夹层结构内面板一侧的修理；

步骤十一：采用与蜂窝夹层结构内面板一侧相同的修理方法完成蜂窝夹层结构外面板一侧的修理。

2.根据权利要求1所述的一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，其特征在于：第一修补铺层相对于损伤区的搭接量为20mm。

3.根据权利要求2所述的一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，其特征在于：第二至第四修补铺层相对于前一层修补铺层的搭接量依次为10mm、10mm和20mm。

4.根据权利要求3所述的一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，其特征在于：胶膜直径与第四修补铺层直径相同。

5.根据权利要求1所述的一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，其特征在于：蜂窝芯的方向与蜂窝夹层板的夹芯方向相同。

6.根据权利要求1所述的一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，其特征在于：第一至第四修补铺层材料为碳布平纹织物预浸料。

7.根据权利要求1所述的一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，其特征在于：第一至第四修补铺层的铺层角度依次为：±45°、0°/90°、0°/90°、±45°。

8.根据权利要求1所述的一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，其特征在于：砂纸目数为180-240目。

9.根据权利要求1所述的一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，其特征在于：所述步骤三中加热除湿的温度控制在70℃-90℃范围内，时间为2-5分钟。

10.根据权利要求1所述的一种蜂窝夹层结构穿透型损伤修理方法，其特征在于：所述步骤四中发泡胶厚度为1.0-1.5mm，宽度与蜂窝芯高度相同。

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