一种外场微波快速修补装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种外场微波快速修补装置及与之连接机构的设计，尤其是一种针对纤维增强树脂基复合材料受损构件的微波修补装置以及连接固定机构的设计，具体地说是一种针对纤维增强树脂基复合材料外场微波修补装置以及自锁连杆机构的装备的设计。


背景技术：

2.目前具有优良力学性能的先进纤维增强热固性复合材料在飞行器中的使用量已经成为了衡量飞行器先进性的关键技术指标。尤其是在军用和民用航空领域，纤维增强复合材料的大量应用可以显著减轻飞行器的结构重量，提高飞行器的物理性能，同时还可以极大的减少零部件的数量，简化装配工序，缩短制造周期。但是，在战场环境下，纤维增强复合材料极易因为鸟撞、雷击或中弹而受伤，战争时机转瞬即逝，对战机受损部位的快速修补提出了极高要求。而对外场环境下难以快速、高效地实现飞机复合材料构件损伤修补的任务，其修补的劳动量巨大，对工作人员的身体素质要求极高。
3.目前，在外场环境下对飞机的复合材料受损构件的进行修补时，传统的修补方法为热补法，即采用在待修补区域铺放“电热毯”等的间接加热修补方法。在待修补区域以热传导的形式加热固化待修补区域的补片。此外还存在一种通过直接给碳纤维复合材料通电的方法直接加热固化复合材料，例如，实用新型专利cn108407340a，公开了一种采用电损耗来加热固化碳纤维增强树脂基复合材料构件的一种修补技术。但这种方法，在修补前的准备工作量较大，修补工艺较为复杂，修补周期长，能耗高，经济效益差，而且修补后的质量难以保证，对工人技术要求较高。
4.近年来，也出现了一些利用微波固化技术的外场快速修补装备。例如，实用新型专利cn103802339a、cn105584061a都公开了一种通过利用微波源产生微波能量对碳纤维增强复合材料进行微波固化的修补方法。但是这种针对碳纤维复材的修补工艺方法，仅适用于简单平面上的修补作业，无法解决变曲面的纤维增强复合材料构件受损部位的修补任务。而且，该实用新型技术需要工作人员长时间在修补区域作业，对工作人员的体力消耗较大。例如，待修补区域若位于机翼的下端，就需要工作人员长时间按压固定谐振腔与待修补构件之间的紧密贴合。这不仅会带来严重的微波泄漏风险，并对工作人员的身体造成损伤，而且会极大的消耗工作人员的体力 ，因此这些适用于简单平面的谐振腔装置难以得到大规模的推广。截止到目前为止，还没有任何一种针对纤维增强复合材料构件损伤修补装置可以实现对于任意复杂曲面的修补作业，并同时解决工作人员在修补作业中存在的极高劳动强度的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对现有的复材修补装备难以适用于复杂曲面的纤维增强复合材料构件损伤修补任务的问题，以及在对纤维增强复合材料构件的修补作业中，修补
工作人员体力消耗极大的问题，设计一种针对纤维增强树脂基复合材料受损构件修补的外场微波修补装置。利用耐高温的柔性海绵以及柔性密封圈，和柔性防泄漏金属薄膜组成的自适应柔性机构，可以有效的实现与变曲面的纤维增强复合材料构件的待修补表面之间的贴附，同时结合自动锁紧装置，便捷高效地完成对于谐振腔的定位以及固定工作。
6.本实用新型的技术方案是：
7.一种外场微波快速修补装置，它包括多路微波收发天线、多自由度铰链连杆机构和握持设备6，其特征是：握持设备6安装在自适应微波谐振腔14的顶部，握持设备6的末端与多自由度铰链连杆机构7相连接，多自由度铰链连杆机构7上装有实现连杆锁紧定位的自锁螺母8；索套13、微波发射装置4和微波接收装置12共同安装在自适应微波谐振腔14的多路微波收发天线5上，索套13依靠弹力和人工拉力实现多路微波收发天线5的收放；可调锁紧项圈3、柔性密封圈10、柔性耐高温海绵11、柔性金属薄膜2共同辅助自适应微波谐振腔14实现任意变曲面的自适应安装；磁力锁紧装置16安装在多自由度铰链连杆机构7的底部，能通过旋转旋钮15实现多自由度铰链连杆机构7在外场微波修补仪9表面的安装固定以及拆卸收纳。
8.本实用新型具有高度的互换性，可以适用于复杂变曲面的纤维增强复合材料构件的表面贴附。该自适应微波谐振腔14中轴线的顶部连接有可折叠收纳的多路微波收发天线5，并且在顶端与结合人体工学设计的握持设备6相连接，并在握持设备的末端与多自由度铰链连杆机构7相连接；所述的谐振腔集成有温度传感器、光纤传感器、红外传感器的转接接口、多路微波信号发射装置以及多路微波反射信号接受装置、可折叠拆卸的多路微波收发天线5可以通过拉动多路微波收发天线5中轴线处的索套13实现对多路微波收发天线5的打开与闭合的折叠收纳。柔性耐高温海绵11、柔性密封圈10以及柔性金属薄膜2均采用了柔性耐高温材料制成，便于谐振腔紧密贴附在变曲面的纤维增强树脂基复合材料受损构件表面1。并且在柔性金属薄膜2的外侧，安装有可调锁紧项圈3用以实现贴合部位的锁紧固定。在谐振腔的顶部连接有结合人体工学设计的握持设备6，并在握持设备的末端连接有具有自锁功能的多自由度铰链连杆机构7。将谐振腔固定在待修补区域之后，仅需拧紧一个自锁螺母8。便可以实现对于多自由度连杆机构的固定。修补作业完成以后，握持设备，多自由度铰链连杆机构7以及多路微波收发天线5、可调节的谐振腔腔体均可以完全拆卸并折叠收纳在外场微波快速修补仪中。
9.所述的外场微波修补仪9主要针对变曲面的纤维增强树脂基复合材料构件表面的修补作业，通过在谐振腔的底部安装柔性耐高温海绵11以及柔性密封圈10，并在谐振腔腔体的外侧包裹一层柔性金属薄膜2，并用可调锁紧项圈3锁紧固定，从而保证谐振腔可以适应于不同曲面的修补作业。当待修补区域的曲面曲率较大时，可以将谐振腔替换成适用于特殊工作曲面的谐振腔外壳，以适应针对特殊工作面的修补作业。
10.所述的可拆卸的多路微波收发天线5，在对纤维增强树脂基复合材料受损构件表面1进行修补作业时，可以通过拉动索套13实现多路微波收发天线5的打开。同时多路微波收发天线5上也集成了红外传感器，温度传感器，微波反射信号接受传感器以及多路微波源发射器，并通过同轴电缆总线与外场微波修补仪9的主机相联结。在修补作业完成之后，通过拉动索套13将多路微波收发天线5收起闭合，并折叠收纳至外场微波修补仪9中。
11.所述的结合人体工学设计的握持设备6可以通过旋紧固定螺母实现与自适应微波
谐振腔14顶部的安装固定，同时可以将握持设备的末端与多自由度铰链连杆机构7相连接。在对纤维增强树脂基复合材料受损构件进行修补作业时，固定并压紧谐振腔，实现其与复材构件表面之间的紧密贴附之后。仅需拧紧自锁螺母8便可实现对谐振腔的固定。而且多自由度铰链连杆机构7的末端通过磁力锁紧装置16实现连杆机构与外场微波修补仪9之间的固定安装。在修补作业完成之后，在对装备进行拆卸时仅需旋转磁力锁紧旋钮15以及自锁螺母8即可完成谐振腔以及连杆机构的拆卸。
12.本实用新型的使用方法是：
13.一种外场微波快速修补装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
14.步骤1：将磁力锁紧装置16与实现自锁功能的多自由度铰链连杆机构(7)的末端相连接，并将磁力锁紧装置16固定在外场微波修补仪9上，旋转磁力锁紧旋钮15完成微波修补仪与铰链连杆机构之间的安装固定；将结合人体工学设计的握持设备6的末端与多自由度铰链连杆机构7的顶部相安装，并拧紧连接部位的锁定螺母8；
15.步骤2： 拉动多路微波收发天线的索套13将多路微波收发天线5打开，并把多路微波收发天线5中轴线末端的数据总线与谐振腔中轴线的顶部的转接接头相连接，拧紧锁紧螺母，固定好多路微波收发天线5；然后将自适应微波谐振腔14与握持设备6的顶部相连接，即可完成整个装备的安装工作；
16.步骤3：确定待修补的纤维增强复合材料构件的修补位置，并将谐振腔腔体对准待修补的位置，通过多自由度铰链连杆机构7固定，并预压一定的压力于谐振腔上，使得柔性密封圈10可以完全贴附在变曲率的复合材料受损构件表面1；
17.步骤4：在确保预压力能使柔性密封圈10完全贴附在变曲面的纤维增强树脂基复合材料受损构件的表面之后；旋紧自锁螺母8，使得多自由度铰链连杆机构7固定；最后，调节可调锁紧项圈3并将防泄漏的柔性金属薄膜2与于谐振腔的腔壁固定锁紧，防止出现微波泄漏。
18.本实用新型的有益效果是：
19.本实用新型首次实现了针对复杂变曲面的纤维增强树脂基复合材料受损构件表面的修补作业的微波固化谐振腔，可以为复杂曲面的纤维增强树脂基复合材料受损构件的修补作业提供技术方案，大幅提高了纤维增强树脂基复合材料构件的修补质量和修补效率。
附图说明
20.图1是一种纤维增强树脂基复合材料受损构件的微波快速修补装置的使用原理示意图。
21.图2是在修补作业完成，自适应微波谐振腔的腔体内的多路微波收发天线自动闭合的示意图。
22.图3是在待修补构件的工作面若位于下端时，可以通过调节多自由度铰链连杆机构7的位置实现反向固定的修补作业。
23.图4是多自由度铰链连杆机构折叠收纳后的示意图。
24.图中标号：1复合材料受损构件表面；2柔性金属薄膜；3柔性可调锁紧项圈；4多路微波发射器；5多路微波收发天线；6握持设备；7多自由度铰链连杆机构；8自锁螺母；9外场
微波修补仪；10柔性密封圈；11柔性耐高温海绵；12微波接收装置；13索套；14自适应微波谐振腔；15磁力锁紧旋钮；16磁力锁紧装置。
具体实施方式
25.以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。下述实施例仅用于说明本实用新型的某些实施特例，但是并不用于限制本实用新型的保护范围。此外，本实用新型公开后，本领域技术人员基于本实用新型中关于纤维复材受损构件的修补装置的原理做出的任何修改或变化，都属于本技术权利要求书中所限定的保护的范围。
26.如图1
‑
3所示。
27.一种针对纤维增强树脂基复合材料受损构件的可调节微波修补装置，包括自适应微波谐振腔14，所述的自适应微波谐振腔14安装在结合人体工学设计的握持装置6的顶端。在谐振腔的腔体中轴线的顶端连接有可拆卸的多路微波收发天线5；所述的自适应微波谐振腔14包括集成的温度传感器、光纤传感器、红外传感器的转接接口、可调锁紧项圈3（螺纹结构）、柔性密封圈10、柔性耐高温海绵11、柔性金属薄膜2、可拆卸的多路微波收发天线5，如图1所示。在自适应微波谐振腔14中轴线的顶端连接有结合人体工学设计的握持设备6，并在握持设备6的末端连接着具有自锁功能的多自由度铰链连杆机构7，在铰链连杆机构的末端安装有可以通过磁力锁定的磁力固定装置16。在对纤维增强树脂基复合材料受损构件进行微波固化修补时，仅需将谐振腔的位置固定，并与待修补曲面紧密贴附，旋紧自锁螺母8即可完成对于多自由度铰链连杆机构7的固定。而且在修补作业完成之后，拧松自锁螺母并旋转磁力锁定旋钮，即可将多自由度自锁铰链连杆机构从外场微波修补仪9中取下。在对谐振腔进行拆卸收纳时，可以将多路微波收发天线5从谐振腔腔体中拆卸出来，拉动索套13即可完成对多路微波收发天线5的折叠收纳，最后将多自由度铰链连杆机构7以及握持设备从装置中拆卸出来，折叠收纳至外场微波修补仪9中，完成谐振腔的收纳工作。
28.详述如下：
29.如图1所示，本实用新型以自适应微波谐振腔14的中轴线为微波辐射器的中心，并在谐振腔的中轴线顶端位置安装有多路微波收发天线5（自带类似自动雨伞的张开弹簧和收合卡扣），并且通过拉动索套13来实现多路微波收发天线5的折叠展开。将多路微波收发天线5的数据传输总线与外场微波快速修补仪的数据传输总线相连接，同时将结合人体工学设计的握持设备连接与自适应微波谐振腔14的顶端相连接。将具有自锁功能的多自由度铰链连杆机构7与握持设备6的末端相连接，旋转磁力锁紧旋钮15，使多自由度铰链连杆机构7固定在微波修补仪上。安装完毕之后，调节谐振腔的角度和位置，使谐振腔的表面与纤维增强复材受损构件的待修补表面紧密贴附，旋紧自锁螺母8固定铰链连杆机构。调节可调锁紧项圈3，使得防泄漏的柔性金属薄膜与待修补工作面之间紧密贴合，防止微波泄漏。在修补作业完成之后，旋转磁力锁紧旋钮15和自锁螺母8即可将自适应微波谐振腔14从工作面上拆卸下来，同时拔掉其与外场微波修补仪9相连接的数据传输总线，完成谐振腔的拆卸工作。拧松握持设备6与多自由度铰链连杆机构7之间的锁紧螺母，以及与谐振腔中轴线顶端相连接的锁紧螺母，完成对握持设备以及多自由度铰链连杆的拆卸工作，并将其折叠并收纳至外场微波修补仪9中。最后将可折叠的多路微波收发天线5从自适应微波谐振腔14中取出，拉动套索13合上多路微波收发天线5，即可完成对于多路微波收发天线5的折叠收纳。
拧松可调锁紧项圈，并将自适应微波谐振腔14以及多路微波收发天线5共同收纳至外场微波修补仪9中。
30.实例。
31.一种针对纤维增强复合材料受损构件的外场微波修补装置，如图1所示，所述的装置包括集成的实时监测温度变化的光纤温度传感器以及红外传感器、可调锁紧项圈3、柔性密封圈10、柔性耐高温海绵11、柔性金属薄膜2、自适应微波谐振腔14、多路微波收发天线5、以及控制多路微波收发天线5折叠开合的套索13，所述的纤维增强树脂基复合材料的变曲率复合材料受损构件表面1与自适应微波谐振腔14的柔性密封圈10紧密贴附，柔性密封圈10内衬柔性耐高温海绵11，以提高柔性密封圈10与受损构件表面的贴合度，柔性密封圈10和柔性耐高温海绵11的外圈用柔性金属薄膜2覆盖，柔性金属薄膜2应同时覆盖受损构件表面，防止微波泄漏，最后用可调锁紧项圈3将柔性金属薄膜2和柔性密封圈10锁紧在微波谐振腔14上。调节多自由度铰链连杆机构7，并将自适应微波谐振腔14按压在待修补的区域，保证谐振腔和待修补区域之间的紧密贴合。拧紧多自由度铰链连杆机构7上的自锁螺母8，固定好谐振腔的位置。锁紧套在柔性金属薄膜外侧的可调项圈，固定微波防泄漏金属薄膜，保证金属薄膜和谐振腔与待修补区域贴合面之间的紧密贴合，防止微波发生泄漏。
32.如图2所示，所述的自适应微波谐振腔14在对纤维增强复合材料受损构件的修补作业完成之后，即可通过拉动索套13将多路微波收发天线5进行折叠收纳。同时拧松自锁螺母8以及磁力锁定旋钮15即可将自适应微波谐振腔14从外场微波修补仪9以及待修补复合材料受损构件表面1上取下来。通过拧松握持设备和多路微波收发天线5以及铰链连杆机构之间相连接的锁紧螺母，即可完成对于多路微波收发天线5和握持设备以及铰链连杆机构的拆卸工作。最后调节柔性锁紧项圈，并将自适应微波谐振腔14、多路微波收发天线5、多自由度铰链连杆机构7以及握持设备6折叠收纳至外场微波快速修补仪9中。
33.如图3所示，所述的自适应微波谐振腔如果工作在待修补构件的下端时，可以通过调节多自由度铰链连杆机构7的位置，实现对于任意修补曲面的修补作业。而且当工作人员调整好自适应微波谐振腔14位置之后，只需拧紧自锁螺母8并锁紧柔性可调项圈3，即可完成对于设备的安装与固定。此外，如果待修补的工作表面的曲率较大时，可以通过更换谐振腔的腔体来适应对于特殊曲面的修补任务。所以在多自由度的铰链连杆机构的顶端配备了多款具有高度互换性的适用于某些特殊的复杂曲面的谐振腔。
34.图1所示的外场微波快速修补装置的使用方法：包括以下步骤：
35.步骤1：将磁力锁紧装置16与实现自锁功能的多自由度铰链连杆机构(7)的末端相连接，并将磁力锁紧装置16固定在外场微波修补仪9上，旋转磁力锁紧旋钮15完成微波修补仪与铰链连杆机构之间的安装固定；将结合人体工学设计的握持设备6的末端与多自由度铰链连杆机构7的顶部相安装，并拧紧连接部位的锁定螺母8；
36.步骤2： 拉动多路微波收发天线的索套13将多路微波收发天线5打开，并把多路微波收发天线5中轴线末端的数据总线与谐振腔中轴线的顶部的转接接头相连接，拧紧锁紧螺母，固定好多路微波收发天线5；然后将自适应微波谐振腔14与握持设备6的顶部相连接，即可完成整个装备的安装工作；
37.步骤3：确定待修补的纤维增强复合材料构件的修补位置，并将谐振腔腔体对准待修补的位置，通过多自由度铰链连杆机构7固定，并预压一定的压力于谐振腔上，使得柔性
密封圈10可以完全贴附在变曲率的复合材料受损构件表面1；
38.步骤4：在确保预压力能使柔性密封圈10完全贴附在变曲面的纤维增强树脂基复合材料受损构件的表面之后；旋紧自锁螺母8，使得多自由度铰链连杆机构7固定；最后，调节可调锁紧项圈3并将防泄漏的柔性金属薄膜2与于谐振腔的腔壁固定锁紧，防止出现微波泄漏。
39.本实用新型未涉及部分现有与有技术相同或可采用现有技术加以实现。