一种复合材料结构修理用便携式增压装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及一种增压装置及其使用方法，尤其是一种复合材料结构修理用便携式增压装置及其使用方法，属于复合材料结构维修技术领域。


背景技术：

2.复合材料因其优异的性能而被广泛应用于航空、航天、船舶、轨道交通等高新技术领域，特别是在现代飞机设计上得到了广泛的应用，有效地减轻了飞机的结构重量。复合材料结构的性能对损伤的影响比较敏感，损伤主要是结构在使用过程中形成的，主要类型有冲击损伤(跑道沙石、鸟撞、工具掉落、碰撞等)、表面损伤(擦伤、划伤、分层等)以及由环境因素形成的损伤(表面氧化、分层蜂窝夹层脱胶、夹心腐蚀、表面鼓泡等)。复合材料结构可能出现一种甚至几种损伤形式的组合，而复合材料的修理问题是阻碍复合材料进一步发展应用的主要问题之一。
3.随着复合材料的使用比例大幅度提高,在飞机使用和运营过程中难免会遭受一些损伤，影响结构强度和飞行安全。因此，复合材料结构修理问题的重要性便凸现出来。目前国内外基于热压罐、烘箱等条件的复合材料结构的维修技术均达到了较高的技术水平，但为保证飞机的出勤率和使用效率，经常需要进行外场修理。外场修理主要是指携带修补材料、修补设备到机场针对复合材料在使用过程中受到的损伤进行修补。而外场保障设施条件有限，外场修理常常是在没有固定设施的场地上，在动力、电源和水源不足的条件下就地进行，是快速的、临时的和局部的修复，要求能迅速恢复到可执行下次任务的状态。在外场条件下，一般通过携带专用修补设备对损伤区提供连续的温度和真空压力保障，常用的有便携式热补仪,电热毯及修理工具包等。然而传统的复合材料修补设备仅能提供近似的真空压力(约0.8mpa左右)，温度也受外场环境影响较大，难以达到满足要求的稳定状态，经常导致修补压力不足、固化速率慢，从而产生孔隙、脱粘等缺陷，影响修补质量和效果，是目前复合材料快速修理工艺亟需突破的瓶颈。
4.针对上述问题，本发明提供一种能够在外场条件下，为复合材料修理提供较高固化压力并有助于保障稳定温度场的辅助装置及其使用方法。


技术实现要素：

5.为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种复合材料结构修理用便携式增压装置及其使用方法，它通过截面呈ω形球体的充压气囊与底部真空吸盘巧妙配合，用于复合材料结构修理用的提供真空压力以外的补充压力，同时可以提供均匀稳定的温度场，使用简单方便。
6.为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
7.一种复合材料结构修理用便携式增压装置，包括整体成型的充压气囊以及真空吸盘，所述充压气囊采用柔性材料制成，顶部为下端开口的球囊，底部为连接环，所述球囊的开口与所述连接环的内环采用颈式结构连接为一体，所述颈式结构环向内收100～150mm，
在充满气状态下充压气囊为截面呈ω形的球体结构，且颈式结构位置进行刚度补强使其在充压状态下能够维持原有的形状尺寸，所述真空吸盘采用与充压气囊相同或能够相容的柔性材料制成，在自然状态下为截面呈n形的环形结构，连接环的外环向下弯曲并与真空吸盘顶部中间位置连接为一体，真空吸盘的内表面为摩擦面，在充压气囊上设置有至少一个充气阀，在真空吸盘上设置有至少一个真空阀。
8.一种复合材料结构修理用便携式增压装置的使用方法，包括以下步骤：
9.步骤一：保持复合材料结构损伤区域及修补材料表面洁净，先将修补材料铺贴后进行真空封装，之后将便携式增压装置底部覆盖在其上；
10.步骤二：通过真空阀对真空吸盘进行抽真空，使真空吸盘牢固吸附固定在复合材料结构表面并罩住损伤区域，产生真空吸附力fa；
11.步骤三：通过充气阀对充压气囊进行充气至完全膨胀，充压气囊内表面承受充气压力fb，部分充气压力fb被真空吸附力fa平衡，由于颈式结构的刚度补强作用，充压气囊内部分充气压力fb转变为环向平衡的膜应力，通过膜应力对真空吸盘产生侧向拉力，并与真空吸盘两侧与复合材料结构表面之间的摩擦力f1及f2相互抵消，进一步提高真空吸盘的吸附力；
12.步骤四：对充压气囊持续充气逐步达到稳定的设定压力，之后关闭充气阀，对复合材料结构损伤区域或修补材料进行加温固化。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以在外场的简易条件即可实施增压，用于复合材料结构修理用的提供真空压力以外的补充压力，通过截面呈ω形球体的充压气囊与底部真空吸盘巧妙配合，利用充压气囊的表面张力及真空吸盘与复合材料结构表面的摩擦力抵消充气压力，可以极大地提高充压能力，主要适用于平面或曲率较小的曲面工件，如果是大曲面工件，可在真空吸盘周围粘贴密封胶条保证密封以适应工件轮廓，保证修补材料的固化或胶接过程具有足够的压力，在原有真空压力的基础上，最大限度地减少胶接界面、层压板内的孔隙以及分层现象，有助于解决复合材料结构外场维修的压力不足、内部质量差的问题，保证固化和胶接质量，同时可以提供均匀稳定的温度场，减少环境影响，可以折叠重复使用，便于与常备的修理包相结合进行收纳携带，扩展修理包功能，提高复合材料结构修理效率和维修质量，对飞机外场修理的高效率、低成本、快固化具有重要意义。
附图说明
14.图1是本发明的便携式增压装置在充气前的结构示意图；
15.图2是图1的剖视图；
16.图3是本发明的便携式增压装置在真空吸盘工作状态下的剖视图；
17.图4是图3的局部放大图；
18.图5是本发明的便携式增压装置使用状态示意图；
19.图6是图5的局部放大图；
20.图7是本发明的便携式增压装置的轴测图；
21.图8是本发明将充压气囊采用另一种形状后的结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，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。
23.如图1～图2和图7所示，一种复合材料结构修理用便携式增压装置，包括整体成型的充压气囊1以及真空吸盘2，所述充压气囊1其结构尺寸由需加压零件的尺寸决定，最好大于需加压零件20～30mm以上，应采用光顺的回转体，采用柔性材料制成，比如橡胶材料，尤其是纤维增强体的橡胶，也可以是能够承受相应气压的其它柔性材料，顶部为下端开口的球囊1-1，底部为连接环1-2，所述球囊1-1的开口与所述连接环1-2的内环采用颈式结构1-3连接为一体，所述颈式结构1-3环向内收100～150mm，在充满气状态下充压气囊1为截面呈ω形的球体结构，且颈式结构1-3位置进行刚度补强使其在充压状态下能够维持原有的形状尺寸，比如采用连续纤维或金属环对颈式结构1-3位置进行刚度补强，保证足够的刚度，在充压气囊1充满气状态下保持水平或斜向状态，而不是与复合材料结构表面垂直，所述真空吸盘2采用与充压气囊1相同或能够相容的柔性材料制成，比如橡胶或硅胶材料，在自然状态下为截面呈n形的环形结构，连接环1-2的外环向下弯曲并与真空吸盘2顶部中间位置连接为一体，真空吸盘2的内表面为摩擦面，保证与复合材料结构表面吸附固定时具有足够的摩擦系数，在充压气囊1上设置有至少一个充气阀3，在真空吸盘2上设置有至少一个真空阀4，所述充气阀3可连接设置有气压表，所述真空阀4可连接设置有真空表，此外，充压气囊1及真空吸盘2还可更进一步的设置增强纤维层，能够折叠重复使用的同时提升耐压强度。
24.值得一提的是，其它对上述结构进行合理变化的方案，比如对充压气囊1采用另一种形状进行替换，参照图8所示，充压气囊1由上述结构中的截面呈ω形的球体，替换为截面呈长圆柱形的球体，与上述结构同样能够起到相同作用，同样应属于本发明的保护范围。
25.如图3～图6所示，一种复合材料结构修理用便携式增压装置的使用方法，包括以下步骤：
26.步骤一：保持复合材料结构5损伤区域及修补材料6表面洁净，先将修补材料6铺贴后进行真空封装，之后将便携式增压装置底部覆盖在其上；
27.步骤二：通过真空阀4对真空吸盘2进行抽真空，使真空吸盘2牢固吸附固定在复合材料结构5表面并罩住损伤区域，产生真空吸附力fa；
28.步骤三：通过充气阀3对充压气囊1进行充气至完全膨胀，充压气囊1内表面承受充气压力fb，部分充气压力fb被真空吸附力fa平衡，由于颈式结构1-3的刚度补强作用，充压气囊1内部分充气压力fb转变为环向平衡的膜应力，通过膜应力对真空吸盘2产生侧向拉力，并与真空吸盘2两侧与复合材料结构5表面之间的摩擦力f1及f2相互抵消，进一步提高真空吸盘2的吸附力；
29.步骤四：对充压气囊1持续充气逐步达到稳定的设定压力(设定压力一般为1.0～2.5bar)，之后关闭充气阀3，对复合材料结构5损伤区域或修补材料6进行加温固化。
30.实施例
31.外场检查发现某零件的壁板蒙皮有一处冲击损伤，初步检查发现冲击损伤导致内部裂纹及分层，损伤面积约φ38.5mm，影响飞行安全，需要修理后满足复飞条件；
32.外场条件有限，缺少热压罐、烘箱等设备设施，但具有常备的修理包、热补仪和电热毯，修理包内传统真空袋单独使用内部压力约在0.85bar左右，压力不足限制修理效果；
33.在完成损伤区域的清理后与电热毯一起真空封装，采用本发明的增压装置进行辅助，覆盖真空封装的待修补区域，对真空吸盘2进行抽真空使其牢固固定；
34.对充压气囊1充气达到设定压力后停止充气，保持压力；
35.接通电热毯电源，按固化曲线要求加温并保持足够的时间；
36.通过本发明的增压装置的充气，在原有真空压力的基础上，将真空袋和增压装置的压力相结合，可以产生2.0～3bar左右的压力，最大限度地减少胶接界面、层压板内的孔隙、分层、脱粘现象，固化完成后对充压气囊1泄压至安全压力后进行拆除；
37.无损检测修补区域，确认修补区域的内部质量；
38.对修补区域打磨、喷漆，修理完成。
39.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
40.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。