復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展，但其修復(fù)是目前面臨的一大難題。怎么解決？大牛們告訴你：這都不是事兒！

    當(dāng)亞特蘭大達(dá)美航空公司宣布計(jì)劃從空客和龐巴迪公司大量購(gòu)進(jìn)飛機(jī)時(shí)，航空公司有關(guān)人員曾明確表示本次購(gòu)買(mǎi)活動(dòng)的重點(diǎn)是用更輕、更節(jié)省燃油的飛機(jī)來(lái)重建機(jī)隊(duì)。

    航空航天制造商在新一代客機(jī)制造中大量地使用復(fù)合材料。復(fù)合材料零部件在客機(jī)制造中應(yīng)用已有幾十年歷史。時(shí)至今日，多達(dá)一半的飛機(jī)部件（包括主要結(jié)構(gòu)，如機(jī)翼和機(jī)身等等）均可由復(fù)合材料制成。

    對(duì)于航空公司來(lái)說(shuō)，向復(fù)合材料的轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗儎?chuàng)造了一個(gè)機(jī)會(huì)，使得人們重新思考維持噴氣機(jī)最佳狀態(tài)所需的修理和維護(hù)操作。雖然第一臺(tái)達(dá)美航空的新型噴氣機(jī)到2017年年底才會(huì)投入使用，但該公司已經(jīng)在尋找維護(hù)和維修復(fù)合材料飛機(jī)部件更好的方法，復(fù)合材料部件的維修維護(hù)方法與已經(jīng)維護(hù)了很多年的金屬部件大不相同。

    該航空公司正在與佐治亞理工學(xué)院（Georgia Tech）合作，密切關(guān)注當(dāng)前用于修復(fù)復(fù)合材料零件的方法，并確定提高效率和降低成本的手段。

    斯圖爾特工業(yè)與系統(tǒng)工程學(xué)院（Stewart School of Industrial and Systems Engineering）教授Chuck Zhang說(shuō)：“航空公司之所以想要研發(fā)自己修復(fù)這些部件的技術(shù)，是因?yàn)樗阋恕⒏旖荨?rdquo; “但修復(fù)復(fù)合材料部件的技術(shù)確實(shí)需要技術(shù)的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在這些工作大部分仍是手工完成的。”

    最近，在達(dá)美公司復(fù)合材料部件維修店內(nèi)，飛機(jī)鼻錐的維修正處于過(guò)程的不同階段，其中有黑色標(biāo)記的區(qū)域需要進(jìn)一步檢修。在這附近，反推裝置正等待打磨、整理和涂裝。

    達(dá)美公司機(jī)隊(duì)項(xiàng)目總經(jīng)理Todd Herrington說(shuō)：“我們做復(fù)合材料修復(fù)已經(jīng)好多年了。然而，現(xiàn)在改變了的是結(jié)構(gòu)類(lèi)型，這包括了我們所謂的主結(jié)構(gòu)部分——即是對(duì)飛機(jī)繼續(xù)安全飛行至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。”

    目前，當(dāng)需要對(duì)作為飛機(jī)主要結(jié)構(gòu)部分的復(fù)合材料部件進(jìn)行維修時(shí)，技術(shù)人員往往使用金屬或預(yù)先加工好的復(fù)合補(bǔ)片，用金屬緊固件將其固定。但Herrington表示，這并不理想。

    “我們添加到飛機(jī)上的永久重量越大，飛行距離越短、添加燃料越多，”他說(shuō)。“同時(shí)，外部維修補(bǔ)丁也會(huì)增加阻力，這將影響維修部位的空氣動(dòng)力學(xué)性能。”

    Zhang的團(tuán)隊(duì)正在研究完善粘接修補(bǔ)材料的方法，從而使金屬緊固件可用粘合劑替代，并由此保留復(fù)合材料的輕量級(jí)優(yōu)勢(shì)。而且航空航天工業(yè)并不是唯一能夠從中受益的行業(yè)。例如，汽車(chē)工業(yè)也在使用一些需要不斷改進(jìn)修復(fù)技術(shù)的先進(jìn)復(fù)合材料，Zhang表示。

    由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院贊助、佐治亞理工學(xué)院帶領(lǐng)的加速創(chuàng)新和高級(jí)復(fù)合嵌入材料技術(shù)團(tuán)隊(duì)正在建立一個(gè)在未來(lái)15年復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)發(fā)展的路線圖。

    達(dá)美航空公司機(jī)隊(duì)項(xiàng)目總經(jīng)理Todd Herrington和斯圖爾特工業(yè)與系統(tǒng)工程學(xué)院教授Chuck Zhang進(jìn)入達(dá)美航空維修廠的噴氣機(jī)底部。

    Zhang的團(tuán)隊(duì)試圖克服的一個(gè)緊迫挑戰(zhàn)是如何在粘結(jié)修理完成后測(cè)試其強(qiáng)度。現(xiàn)行方法通常需要修復(fù)，測(cè)試斷裂點(diǎn)強(qiáng)度，然后使用破壞性測(cè)試結(jié)果作為指導(dǎo)進(jìn)行再次修復(fù)。

    “我們希望尋找一種檢查連接點(diǎn)的完整性的方法，該方法在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)不對(duì)連接點(diǎn)造成實(shí)質(zhì)的毀壞，”Herrington說(shuō)。

    佐治亞理工學(xué)院的研究人員正在研究可以確保接合過(guò)程中粘合劑厚度和壓力均勻性的技術(shù)。

    “我們真正想做的是消除不同操作員修理造成的差異，”Herrington說(shuō)。

    一種可能的方法是使用先進(jìn)的納米材料和電子印刷技術(shù)將微型傳感器陣列嵌入粘合劑中，且這一方法對(duì)修復(fù)部件的強(qiáng)度不產(chǎn)生任何負(fù)面影響。技術(shù)人員可以通過(guò)這些傳感器來(lái)驗(yàn)證材料均勻性。

    “這一想法通過(guò)嵌入某種類(lèi)型的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來(lái)測(cè)量每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電容值差異，從而告訴我們哪里的厚度最大或哪里有壓力變化，”Herrington說(shuō)。

    Zhang的團(tuán)隊(duì)也在研究測(cè)試復(fù)合材料表面是否已為粘結(jié)過(guò)程做好準(zhǔn)備的方法。該預(yù)處理其中一部分內(nèi)容是仔細(xì)清潔和打磨粘結(jié)端兩側(cè)的復(fù)合材料，以確保表面恰好適合粘結(jié)。

    “當(dāng)你在準(zhǔn)備一個(gè)要進(jìn)行粘合的原始部件時(shí)，你使用的砂紙的粒度、磨損程度、使用后表面的粗糙度都很重要，”Herrington說(shuō)。“若能夠確定上述所有狀態(tài)那將是最好的，包括表面是否有污染。”

    Zhang的小組正處于評(píng)估紅外技術(shù)是否可檢測(cè)污染的存在及測(cè)量復(fù)合材料表面特性和紋理的早期階段。與達(dá)美合作的這兩個(gè)項(xiàng)目將在未來(lái)兩年內(nèi)進(jìn)行初步研究，以確定這些技術(shù)是否有應(yīng)用的希望。

    “我們希望可以說(shuō)明粘接修復(fù)部位可以以非破壞性的方式進(jìn)行測(cè)量和檢查，”Herrington補(bǔ)充說(shuō)，“這真的是我們一直以來(lái)最大的心愿。”