摘要：随着复合材料的逐渐发展，它在民航中得到了广泛应用。但是由于复合材料在应用过程中将出现不同程度的损伤。因此，应该加强对民航复合材料应用以及损伤预防的研究。本文围绕民航应用复合材料、复合材料的损伤类型、复合材料损伤的预防措施三个方面展开谈论，分析了复合材料应用在民航中的优势，并阐述了复合材料的不同性能以及设计制造原理，从而实现复合材料损伤预防方面不断发展的目标。
关键词：民航；复合材料；损伤预防
前言：飞机研制是体现国家经济发展以及竞争力水平的一项重要内容，其中制造材料是保证飞机质量的关键。复合材料已经普遍应用在民航领域内，对民航领域的发展有重要作用。但是我国复合材料与国外标准还存在一定差距，导致复合材料在使用过程中，通常会出现不同类型的损伤。针对这一问题，大多数技术人员将复合材料的损伤预防作为研究重点，希望实现我国复合材料在民航应用中发挥积极作用的目标。
一、民航复合材料的应用
（一）复合材料的性能和分类
复合材料具有强度高、抗疲劳以及可铺层设计等优点，能有效减少连接件使用数量，但是容易受到湿度、温度的影响。将多种材料结合使用，能有效结合各材料之间的优点，促使材料具有抗腐蚀性以及减少燃油使用量等特点，通常应用在飞机的结构承力件中，对飞机的良好发展有重要影响。可将复合材料按照基体的不同分为金属基以及非金属基复合材料两种，另外还有树脂基类复合材料以及陶瓷类复合材料等[1]。不同类型复合材料具有对应的性能，应该根据各类型材料的性能确定材料用途，例如，树脂基复合材料常作为发动机结构中的风扇叶片上。
（二）复合材料设计制造
复合材料的设制造逐渐发展成熟，它的纤维铺层的设计可以分为两种。分别是编织和单向带，其中编织常用在复杂构型中，单向带多用在复合构型以及平板中，具有成本较低的特点。现阶段，制造技术通常使用的是LCM技术，该技术包括RFI树脂浸渗，可以利用真空袋的方式成型，能制造承受较多载荷的构件。纤维铺层通常使用AFP技术，可用在地板梁以及后承压框中。
（三）复合材料的适航验证
在复合材料应用在飞机制造中时，对复合材料的抗疲劳以及损伤容限等方面有一定的要求，由于材料的这些性能与材料结构的设计有关，主要包括材料的表面层间距以及结构冗余度等，因此，需要对复合材料进行关于损伤容限方面的评估。通过对零部件、子部件以及元件等进行多层次的设计验证，能有效实现对复合材料性能的掌握。
二、复合材料的损伤类型
复合材料出现的损伤类型可以分为五类。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆分别是轻微分层、多孔和环境损伤；深度擦伤、由于材料局部受热以及环境因素造成的性能损坏等；可目视损伤或者其他明显损伤，如漏油和系统失效等；爆胎或冰雹等造成的严重损伤；材料丢失、过载飞行等。由于复合材料发生损伤的类型有所差别，因此，应该根据发生的损伤类型制定具体的检查方式以及预防措施。如小型且硬度较大的物体产生的冲击量对复合材料的层板造成较大的影响，如果这些损伤属于可目视范围，应该进一步进行试验，明确损伤的类型。而在发生如梁受损等复合材料损伤时，需要对发生的损伤进行识别试验。如果复合材料受到划痕等损伤时，将不会对飞机的抗压强度造成显著影响，并且对飞机预载的影响较小。复合材料受到钝物撞击时，将导致飞机的准静力受到影响，由于钝物冲击将促使复合材料出现分层损伤，从而对飞机的总强度造成一定的破坏。通常情况下，在对飞机进行大修时，能明显发现复合材料上的可目视类损伤，如纵梁、框架等部分的损伤，这些损伤由于较为明显，可以使用简单的检查手段便能判断，而对于一些损伤程度不明显的材料损伤，如凹坑等，需要进一步确定凹坑深度以及裂纹长度等判断损伤的类型。
三、复合材料损伤的预防措施
复合材料普遍应用在机构承力件中，由于其具有可以进行铺层设计的特点，导致复合材料的性能与它的设计方法存在紧密联系，并且造成损伤的形式有多种，根据以往对复合材料进行损伤预防可以发现，最显著的预防方法应该是从复合材料的结构方面展开监控工作。对复合材料进行结构监控需要有以下三方面的要求：第一，对DTA损伤容限进行分析，包括对关键损伤部分的尺寸数据采集等；第二，无损检测的精确度、灵敏度以及频次，应该尽量缩短检测间隔，保证检测的可靠性；第三，为了实现检测的灵敏性，需要对检测过程中的困难进行分析。现阶段，最常用的结构检测方法是SHM技术，能用作复合材料结构健康的监控，不仅可以作为复合材料损伤预防技术，还可以应用在老龄化的飞机结构检测中。该结构检测技术的原则是在一定载荷范围内，复合材料出现的不可目视损伤，将不能降低材料的剩余强度，而在限制载荷范围内造成的材料损伤，将不能继续延伸对结构的不利影响。这种用来实现复合材料结构损伤预防的技术是FAA以及飞机制造商共同研究提出的，已经广泛使用在复合材料损伤的预防中，并取得了一定的应用效果[2]。
SHM技术发挥作用的重点是在相关结构中添加真空式或者压电式传感器，其中压电式传感器能在感受到外力变化的条件下产生对应的信号。在传感器正常使用状态下，发出的信号是连续的波形，当信号出现裂纹时，将导致连续波形的振幅发生变化，从而工作人员可以通过监控传感器发出信号的波形情况，对复合材料结构数据进行实时监控，从而实现对复合材料发生损伤能有效预防的目标。完整的SHM系统需要包括传感器、数据管理系统、数据诊断系统以及数据采集系统等，其中数据诊断系统需要具有系统识别、结构状态评估以及结构建模等功能。以上系统的建立能有效实现对复合材料使用过程中的相关数据进行收集以及分析，从而促使工作人员能及时掌握复合材料出现的结构问题。SHM结构监控技术发挥作用的形式主要分为两种，一种是对损伤进行监控，即是通过嵌入在结构中的压力式传感器等直接检测复合材料损伤载荷，另一种形式是状态监控，通过系统的监控功能确定损伤出现的概率。
结论：综上所述，民航领域的发展对我国提高国际竞争力有一定影响，复合材料是目前普遍使用的民航制造材料，对飞机适航安全有紧密联系。因此，应该加强对复合材料在民航中应用的研究，并针对复合材料出现的不同损伤类型，确定具体的复合材料损伤预防措施。通过复合材料的不断发展，能有效提高飞机适航安全性，从而促进我国民航领域的良好发展。
参考文献：
[1]高宇,张磊,古加正. 民航复合材料的应用和损伤预防研究[J]. 长沙航空职业技术学院学报,2013,13(04):34-39.
[2]梁春生. 碳纤维复合材料在民航飞机上的应用浅析[J]. 科技展望,2017,27(19):123.
论文作者:杨立红
论文发表刊物:《科技中国》2018年3期
论文发表时间:2018/8/6
标签：复合材料论文; 损伤论文; 民航论文; 结构论文; 飞机论文; 材料论文; 用在论文; 《科技中国》2018年3期论文;