航空发动机复合材料机匣损伤模式与修复技术.pdf

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1、航空发动机复合材料机匣损伤模式与修复技术r、or‘一‘or‘·，一、o●，、。UamaqeIypeandRepairIechnoloqyotUOmpOSIteUasinqforAero‘__。engine■刘俊伶杨东玲彭中亚／成都航利(集团)实业有限公司摘要：概述了航空发动机复合材料机匣的损伤模式，提出了复合材料机匣修复的工作思路．总结并对比了航空发动机复合材料机匣的修复技术。关键词：复合材料机匣；损伤模式；修复技术Keywords：compositecasing；damagetype：repairtechnology复

2、合材料因其高比强度和比模量，抗疲劳、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天领域。随着世界各国在复合材料设计、制备、应用等方面技术的不断进步，其在航空发动机领域得到了迅速的推广应用，各国主力战机所配的发动机纷纷采用复合材料外涵机匣代替原有钛合金机匣。本文总结了航空发动机复合材料机匣常见的损伤模式及适用的修理方法。1损伤模式复合材料机匣在使用中因不可避免的撞击、异常燃气倒灌等原因导致表面凹坑、缺陷时有发生。在使用过程中，特别是外载的作用下，可能会发生损伤和缺陷的局部屈曲，进而引起分层扩展，造成外涵机匣的强度和刚度下降。损伤模式主要

3、有擦伤、划伤、磕／碰伤、分层、掉块、烧蚀等。图1为机匣在使用中常见的损伤模式，主要包括：1)内外表面上的擦伤、划伤、磕、碰伤等。2)纵向安装边、孑L边起层缺陷。3)安装边下方壳体卡伤。4)掉块。5)结合面安装边起层。6)烧蚀。7，)l丽空维偿与工程E蜀a目口。-AVIATIONMAINTENANCE&ENGINEERING2修复技术2．1修复思路复合材料的修复需根据缺陷和损伤的类型、尺寸和范围，对结构传载路径、强度和刚度的影响因素，确定修与不修、能修和不能修的界限⋯。对于复合材料机匣损伤容限的确定，需根据实际服役的机匣损

4、伤情况，分析损伤对机匣使用性能的影响，积累使用数据，逐_图1复合材料机匣常见的损伤模式步建立起机匣的损伤数据库，建立机匣的损伤容限标准。图2为复合材料机匣修复的工作思路。2．2修复技术航空发动机复合材料机匣为层压板结构，但因其为筒形件，存在不同曲率的曲面，给维修施工带来一定难度，需针对具体损伤部件设计专用修补工装。针对不同的损伤情况，常用的修复方法主要有两种‘2。1。1)表面损伤涂层修理对于表面出现的磨损、划痕和压痕等不影响结构承载能力的损伤，采用表面涂层修理，主要目的是恢复表层的保护和防护功能。修理时，无需去除损伤部位

5、，用纯树脂或适合的胶粘剂进行填充即可。2)补片修理常用的补片修理方法分为胶接修补和机械连接修补两类。胶接修补方法又陋材料结构

6、}。零麟黟II含缺陷损伤的复合材料结构●+确定主要损伤类型确定损伤容限l修理设备卜一修理工艺卜_一修理方法研究卜一修理用材料I修理后性能考核验证I修理规范使用评估图2复合材料机匣修复的工作思路可分为胶接挖补法，即挖去损伤部位，然后填充新的材料；胶接贴补法，即在损伤结构外部贴上补片来修复。胶接修补中最关键的技术在于胶粘剂选取及其施工和固化工艺的优化。发动机机匣工作温度接近280"C，所采用的树脂体系

7、为较耐温聚酰亚胺树脂，该树脂固化温度较高，要求使用的粘接剂体系具有较高的力学性能和耐热性，并且需在280o【2能长期工作，因此选择合适的胶粘剂体系，对于修理质量有着重要的影响。固化过程的控制是胶接修补的一个重要环节，它包括加热、加压、真空袋安装等内容，固化温度的控制必须严格按材料成形规范进行，温度过高(超过其极限温度上限)会导致材料性能下降，甚至还可能引起复合材料层板分层；温度过低，树脂或胶粘剂不能完全固化，性能指标达不到修理设计要求，使整个修理过程失败。图3为挖补修理和贴补修理示意图。机械连接修补类似于胶接贴补法，它是

8、在损伤结构的外部用螺栓或铆钉固定一外部补片。补片可为金属补片或复胶层‘hnⅢi补图5挖补修理和贴补修理示意图表1修复方法比较_oM■_●-LuIH珥l树脂填充小的表面凹陷，表面和边缘损伤，复合材料紧固件孔变形伸长腔接01^补法较严重损伤，可采HJ预固化!世金属补”．适宜外场修壬卜较严重损伤，补片一般采用未固化预浸料，胶接挖补法修补后可严格恢复表面外形，具有最大的连接效率Hl触修补较严重损伤，适。“外场修补合材料补片，使损伤结构遭到破坏的载荷传递路线得以重新恢复的一种修补方法。对于机械连接修补，在修补前必须充分考虑补片材料

9、、厚度、形状，紧固件材料、种类；紧固件位置排列；正确的制孔工艺；制孔对原结构造成的影响；紧固件装配与密封等问题。外贴补片的材料可选用钛合金、铝合金、不锈钢板、预固化的纤维复合材料板等。表1为4类修复方法的比较。3结束语因发动机工作温度较高，复合材料机匣所采用的树脂体系固化温度高，修复中需选择低温固化高温使用的胶粘剂体