СПОСОБ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА КОМПОЗИТНОЙ КОНСТРУКЦИИ С ТРЕМЯ ОБШИВКАМИ И ДВУМЯ ВНУТРЕННИМИ СЛОЯМИ
METHOD OF OVERHAULING COMPOSITE STRUCTURE WITH THREE LININGS AND TWO INNER LAYERS

Изобретение относится к способу капитального ремонта так называемых двойных многослойных композитных конструкций, содержащих два слоя ячеистого внутреннего заполнения между парой внешних обшивок и среднюю обшивку, расположенную между обоими внутренними слоями.
Композитные конструкции встречаются во многих устройствах, особенно в транспортных, железнодорожных, морских или аэрокосмических аппаратах; например, в корабельных корпусах или внешних обводах, передних кромках крыльев, самолетных элеронах и антенных обтекателях. Использование средней обшивки обеспечивает определенные преимущества в смысле радиоэлектронной прозрачности.
Эта конструкция зачастую повреждается до такой степени, которая требует замены участков. Новые части обшивки и внутренних слоев устанавливаются в ремонтируемом месте путем наложения новых участков, и новые участки обшивок оставляются затвердевать. Для того чтобы гарантировать безупречно гладкую восстановленную поверхность внешней стороны конструкции и без какого бы то ни было различия в уровне между исходной обшивкой и краем нового участка этой обшивки, перед затвердеванием на новые участки накладывается и прижимается прижимная форма, чтобы довести ремонтируемый участок до уровня исходной конструкции.
Существует риск нарушения крепления между новыми участками обшивок и внутренними слоями, несмотря на давление прижимной формы. Цель изобретения состоит в исключении этого риска и в обеспечении качества скрепления между новыми участками.
Нарушение крепления может возникнуть из-за недостаточности давления внутреннего слоя на обшивки во время прогрева, обеспечивающего отверждение, вызванного давлением воздуха, который заключен в ячейках внутренних слоев и который препятствует распространению давления прижимной формы под кромки нового участка обшивки. В используемых способах подлежащий ремонту участок конструкции оборачивается чехлом, образующим камеру, в которой используется вакуум для откачки избытков смолы и дренаж этого воздуха, чтобы облегчить его удаление из пресс-формы, но дренаж не всегда достигается удовлетворительным образом.
В случаях капитального ремонта, применяемого к многослойной или двойной многослойной композитной конструкции, где заменяются собранные стопкой участки всех обшивок и внутренних слоев, воздух может покидать эту конструкцию через стороны, которые не сжимаются прижимной формой, но в действительности дренаж происходит только для ближайшего к этой стороне внутреннего слоя, поскольку другие внутренние слои, которые находятся рядом с обшивкой, прижатой прижимной формой, ограничены также и средней обшивкой, которая образует другой барьер для дренажа воздуха. Поэтому следует принимать предосторожности, чтобы обеспечить полный дренаж таких композитных конструкций, содержащих два слоя внутренней части, разделенных средней обшивкой. В известных способах это достигается обработкой с отверждением обшивочных слоев в несколько этапов таким образом, который будет указан дальне, что занимает много времени и не слишком экономично. Здесь предлагается способ, существенная выгода которого состоит в сокращении времени, требуемого для ремонта, без ухудшения при этом качества. В своем основном варианте осуществления он содержит для таких конструкций и для замены участков всех слоев новыми участками, укладывание жесткой прижимной формы на новый участок, прижатие прижимной формы к конструкции из композитного материала и затвердевание новых участков внешних обшивок и средней обшивки, отличающийся тем, что перед затвердеванием он содержит этап, на котором прокалывают новый участок средней обшивки и дренируют воздух, содержащийся в первом слое и втором слое средней части.
В частном варианте осуществления перед затвердеванием и дренажом способ содержит этап, на котором прокалывают новый участок первой внешней обшивки.
Затвердевание можно производить в два этапа или даже в единственном этапе в упомянутом выше варианте осуществления вместо трех этапов по предыдущим способам.
Эти объекты изобретения, равно как и другие объекты, будут далее описаны в соответствии с чертежами, где:
Фиг.1 представляет собой общий вид стандартного способа ремонта;
Фиг.2 и 3 иллюстрируют два основных альтернативных варианта осуществления изобретения.
Конструкция по фиг.1 содержит внутреннюю конструкцию 1 и две противоположных внешних обшивки 2 и 3, между которыми и введена внутренняя конструкция 1 посредством клеевого соединения. Внешние обшивки 2 и 3 в общем случае состоят из сложенных полимерных слоев, которые последовательно укладываются, а затем отверждены. Внутренняя конструкция 1 состоит из двух ячеистых внутренних слоев 16 и 19, зачастую имеющих сотовую структуру, ячейки которых проходят от одной из внешних обшивок 2 к другой внешней обшивке 3. Оба из этих внутренних слоев разделены третьей обшивкой, которая представляет собой среднюю обшивку 17 того же типа, что и внешние обшивки 2 и 3. Ремонт состоит в замене участка конструкции новым участком, состоящим из нового участка 6 обшивки, продолжающего внешнюю обшивку 2 внешней стороны конструкции, из нового участка 20 первого внутреннего слоя, продолжающего первый внутренний слой 16, из нового участка 21 средней обшивки, продолжающего среднюю обшивку 17, из нового участка 22 второго внутреннего слоя, продолжающего второй внутренний слой 19, и из нового участка 23 обшивки, продолжающего внешнюю обшивку 3 на внутренней стороне конструкции; при этом новые участки 6, 20, 21, 22 и 23 уложены в этом порядке в стопку друг на друга.
Традиционная инструментальная оснастка содержит прижимную форму 8, обычно в форме пластины, которая уложена на новый участок 6 обшивки. Нижняя поверхность прижимной формы 8, контактирующая с новым участком 6 обшивки и вокруг него на границе исходной внешней обшивки 2 имеет форму и качество поверхности, соответствующие тем, которые нужно получить для внешней обшивки 2 после ремонта. Прижимная форма 8 нажимает на внешнюю обшивку 2 и сжимает новый участок 6 обшивки. Это достигается заключением подлежащего ремонту участка конструкции в вакуумный чехол 9, вентиляционные каналы 10 которого соединены на каждой поверхности конструкции с вакуумным насосом 11 или аналогичным устройством. В вакуумный чехол 9 вставлены нагревательные маты 12 для отверждения полимерных слоев новых участков 6 обшивки, пропитанных смолой. Нагревание можно также осуществлять иными средствами, такими как инфракрасный нагрев. Нижняя поверхность прижимной формы 8 зачастую покрыта фторопластом (ПТФЭ), чтобы обеспечить легкое удаление формы после отверждения; под нее может быть также вставлен отслаивающийся лист 13 в контакте с новым участком 6 обшивки. Наконец, между внутренними поверхностями вакуумного мешка 9 и нагревающим ковриком 12 может быть помещен окружающий материал 19. Через него осуществляется дренаж.
Вакуумный насос 11 отсасывает воздух, содержащийся в вакуумном чехле 9, но он не обеспечивает этого в полной мере для воздуха, находящегося в ячейках внутренних слоев 16 и 19 под новым участком 19 обшивки, поскольку давление прижимной формы 8 предотвращает вытекание воздуха через нижний край нового участка 6 обшивки при обеспечении достаточного прилегания для уплотнения с исходным участком внешней обшивки 2. После отверждения между новой обшивкой и внутренними участками могут появиться дефекты скрепления.
В известных вариантах осуществления способа ремонта новый участок 6 обшивки сначала накладывается и затем на него устанавливается новый участок первого внутреннего слоя 20 и осуществляется отверждение; а затем накладывается новый участок 21 средней обшивки, устанавливается новый участок второго внутреннего слоя 22, и осуществляется отверждение нового участка средней обшивки 21; и, наконец, накладывается и затем отверждается новый участок 23 внешней обшивки, противоположный обработанному участку (6). Этот способ в три различных этапа отверждения может занимать несколько дней, тогда как изобретенный способ намного быстрее. Он состоит, до достижения первого отверждения, установку нового участка 21 средней обшивки и второго внутреннего слоя 22 и из прокалывания в нем вентиляционных отверстий 24. Вакуумированием осуществляется откачка воздуха, содержащегося в новом участке первого внутреннего слоя 20 через вентиляционные отверстия 24, показанные на фиг.2. Затем может быть осуществлено присоединение и одновременное отверждение новых участков 6 и 21 средней обшивки и новой внешней обшивки. После этого на втором и последнем этапах устанавливается новый участок противоположной внешней обшивки 23 и производится отверждение. Смола, пропитывающая слои нового участка 21 средней обшивки, протекает в вентиляционные каналы 24 и блокирует их при отверждении (кроме случаев, когда они чрезмерно широкие); достигается требуемая фиксация между сотами первого внутреннего слоя 16 и средней обшивкой 17.
Альтернатива этому изобретению состоит в осуществлении отверждения всех новых участков 6, 21 и 23 и дренаже всех новых участков внутренних слоев 20 и 22 на единственном этапе, что возможно, если вентиляционные каналы 24 достаточно многочисленны, и особенно в случае по фиг.3. Вентиляционные каналы 25, проколотые через расположенный на стороне прижимной формы новый участок 6 внешней обшивки, добавляются к уже имеющимся вентиляционным каналам 24, позволяя воздуху, присутствующему в новом участке первого внутреннего слоя 20, удаляться с обеих сторон достаточно легко, так что отверждение всех новых участков обшивки 6, 21 и 23 происходит в одно и то же время. Вентиляционные каналы 25 тоже блокируются в то же самое время смолой, пропитывающей новый участок 6 и протекающей во время нагревания. Качество поверхности внешней обшивки 2 не ставится под угрозу, если вентиляционные каналы 25 занимают малую площадь поверхности. На практике, они будут сделаны посредством перфоратора или острия. Поэтому их диаметр будет меньше, чем у вентиляционных каналов 24.
Количество, размер и размещение вентиляционных каналов будет выбираться исходя из ширины подлежащего ремонту участка и из других размерных параметров. Поэтому конкретное выполнение вентиляционных каналов 24 может быть в виде единственного вентиляционного отверстия 24 в середине ремонтируемого участка или в виде круга из нескольких вентиляционных отверстий, которые будут более узкими и на одном и том же расстоянии от центра этого ремонтируемого участка.