一种复合材料构件外场快速自修复装置及修复方法制造方法及图纸

一种复合材料构件外场快速自修复装置及修复方法，其特征是所述装置将所有设施集成于便携式箱体中，包括以交变加热电源为核心部件，利用复合材料自修复温度自适应控制回路实现自动控温，内置高精度数字电表测量修补材料自加热回路的电参数，操作面板设置有加热电缆快拔接头、温度传感器接口、真空管路结构、切割动力输出接口等快速自修复工艺接口。本发明专利技术利用导电预浸补片自身综合电损耗发热特性，实现了在外场修复时无需额外的焦耳毡等外部发热物的目的，大大简化了快速修复设备的便携性，大幅提高复合材料构件外场快速修复质量，缩减修复时间，降低修复成本。

A fast self repairing device for external components of composite components and its repair method

A fast self-repairing device and a repairing method for composite material components in the field are characterized in that the device integrates all the facilities into a portable box, including an alternating heating power supply as the core component, and the composite material self-repairing temperature self-adaptive control loop is used to realize automatic temperature control, and a high-precision digital ammeter is built-in for measuring and repairing. The electric parameters of the material self-heating circuit and the operation panel are provided with the quick-pulling connection of the heating cable, the temperature sensor interface, the vacuum pipeline structure and the cutting power output interface. The invention utilizes the comprehensive electric loss and heating characteristics of the conductive pre-impregnated patch itself, realizes the purpose of eliminating the need for additional external heating materials such as Joule felt when repairing in the field, greatly simplifies the portability of the quick repairing equipment, greatly improves the quality of quick repairing in the field of composite components, reduces the repairing time and reduces the repairing cost.

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料构件外场快速自修复装置及修复方法
本专利技术涉及一种复合材料修复技术，尤其是一种复合材料快速修复技术，具体地说是一种复合材料构件外场快速自修复装置及修复方法。
技术介绍
目前，复合材料已经大量用于各类无人机、先进战斗机、商用客机等飞行器的制造，在全球航空宇航制造领域已成为一种不可逆转的趋势。但是由于复合材料普遍存在层间层强度低、横向性能差、抗压能力弱等缺点，飞机非常容易发生以冲击损伤为主的各种结构破坏，如裂纹、缺口、分层和破孔等，这将显著降低复合材料的静、动态载荷性能，严重时会直接威胁飞机的安全。而复合材料因其低导电率的特性，不同于铝合金飞机，复合材料飞机面临着更加严重和频繁的闪电雷击损伤。所以开展飞机复合材料修理研究工作，提高复合材料外场快速修补能力，在保证安全的同时，以减少报废率，提高使用完好率，降低复合材料的使用成本，具有十分重要的意义。以汉莎航空公司2006年飞机维修统计为例，在243架次飞机的1647宗复合材料损伤中，总修理费高达3.3亿人民币，传统的电加热毯等加热方法存在传热速度慢，温度控制滞后，固化温度不均匀的问题，导致固化质量欠佳。外场快速修复，能有效提高修复效率和质量，其重要性不言而喻。传统的复合材料修复方法有热补仪修补、光固化修补、微波修补等等。中国专利申请号200420067154.4，申请日2004年6月15日，由中国人民解放军空军装备研究院航空装备研究所公开了一种便携式复合材料热补装置，该方法由计算机进行监控电热毯对损伤区域进行加热固化，设备移动性好，操作简单但加热温度不均匀，附属物件太复杂。中国专利申请号200910031317.0，申请日2009年5月8日，由南京航空航天大学公开了一种基于光修复技术的只能结构自愈伤方法与健康监测系统，该系统利用太阳光能和光固化技术实现复合材料损伤区域的自愈合，实用性强，成本低，环保节能，但对环境和材料体系的要求比较高。中国专利申请号201310375027.4，申请日2013年8月26日，由南京航空航天大学公开了一种基于微波的复合材料构件快速修补装置及修补方法，该方法在损伤区域填补预浸料之后再使用微波发生装置对其进行加热固化，固化速度快，加热也比较均匀，但微波的穿透深度有限，难以固化大厚度补片，并且还会产生一定的辐射泄漏，危害人体。中国专利申请号201620742380.0，申请日2016年7月14日，由中国人民解放军装甲兵工程学院公开了一种复合材料自加热成型修补装置，该方法利用自加热材料本身的放热性能对复合材料贴片进行快速、便捷的固化修补，但其附属物件复杂，并且自加热材料发热不均匀。上述方法中均难以达到飞机复合材料构件外场高质量、高效、快速修复的目的。综上所述，现存的航空材料修补工艺中存在以下问题：1.传统热补仪外场加热设备设施复杂，附属物品多，且固化周期较长，能量损耗较大。2.传导加热会导致材料有由内向外的温度梯度，加热不均匀导致材料各方面性能降低，严重降低复合材料成型质量，甚至成型失败。3.微波、紫外光、电子束等修复方法有对操作人员有害的辐射。碳纤维等导电纤维自身具有优异的导电性能，对它通电产生焦耳损耗生成的热量可直接用于复合材料的修复固化。这种自发热的方法温度响应速度快，能耗低，精度高，操作性能好，在复合材料及其结构的外场与快速修复方面拥有潜在的优势。中国专利申请号200310113547.4，申请日2003年11月17日，由中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院提出了一种碳纤维增强复合材料的自电阻加热成型方法，该方法公开了一种导电性碳、石墨纤维增强树脂基复合材料的自电阻加热速成型及纤维增强的热塑性复合材料的自加热焊接或修补的方法。其技术解决方法为：充分利用碳纤维复合材料的自电阻，在压力机械上、下台面与预浸料之间分别安装绝缘层，绝缘层与预浸料之间加装电极，形成以预浸料为电阻的导电通道，成型、焊接、修补复合材料。中国专利申请号201510817586.5，申请日2015年11月23日，由西北工业大学提出了一种树脂基碳纤维复合材料的自阻电加热固化方法，该方法公开了一种采用通电加热碳纤维的方式提供树脂固化所需的能量，最终获得所需要的零件。其技术解决方法为：将电加热的方式运用到纤维增强型复合材料中去，对树脂基碳纤维复合材料预成形体通电加热，通过控制电源电流的方式来控制预成形体的温度。中国专利申请号201611229851.9，申请日2016年12月27日，由北京航空航天大学提出了一种长纤维及连续纤维增强热塑性复合材料的电阻加热快速成型方法，该方法公开了一种以碳纤维薄毡作为加热单元的热塑性复合材料电阻加热的快速成型方法及加工系统。其技术解决方法为：金属电极通过导电银胶固定在碳纤维薄毡两端，将铺层好的材料体系置于真空袋或压模机模具中。通过电压调控装置对碳纤维薄毡通电加热，并通过温度控制装置实现工艺温度的调控。上述方法的实质均为利用导电纤维自身导电性进行通电后产生电导损耗，从而实现复合材料的固化成型。但针对复合材料预浸料补片的外场快速修复领域，损伤的形式和铺叠好的预浸料补片形式具有较大的不确定性，预浸料铺层方法与整体零件固化有较大差别，电极的安装和补后处理与传统的电导损耗固化方式有较大不同，仅凭借由电阻产生的电导损耗，而不考虑介电损耗等损耗作用难以适应复杂构型的快速均匀加热；虽然在申请者已公开的专利CN201710975475.6中，提出了利用综合电损耗方法进行材料的固化，但外场快速修补对修补设备有便携、快速反应、易于操作等要求。在中国专利申请号200310113547.4中提出将电导损耗方法运用于材料修补，但仅凭简单的方法移植难以适应以上所述的复合材料外场快速修复要求，故针对于复合材料外场快速修复，亟需一种具有高质量、高效率、低成本的外场快速自修复装置和使用方法，且对应的修复设备应满足便携、快速反应等要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的复合材料修复过程缺少相应的现场修复设备而造成修复不便的问题，设计一种能在现场进行快速修复且成本低效果好的便携式的复合材料构件外场快速自修复装置，同时提供一种相应的修复方法。本专利技术的技术方案之一是：一种复合材料构件外场快速自修复装置，其特征是它包括：一便携式手提箱8，该便携式手提箱用于放置复合材料构件外场快速自修复所需的各部件；一交变加热电源模块1，该交变加热电源模块1至少输出一路波形、频率、电流密度可控的工作电流；至少一路小型温度传感器2，该小型温度传感器2连接温度信号转换器3，上数据处理及存储器4，该数据处理及存储器4将所测量到的温度信号处理转换成模拟信号送温度控制单元5进行接收、处理、储存；一温度控制单元5，该温度控制单元5输出控制信号至交变控温电源模块1，控制加热温度；一高精度电表7，该高精度电表7的输入端与信号传输通道6电气连接，它的输出端与所述的数据处理及储存器4连接；至少带一路真空管路9的真空泵系统10；一软轴11，该软轴11用于驱动切割电机12类修复辅助组件；一箱体操作面板13，该箱体操作面板13设有加热电缆快拔接口14、多路真空接口15、真空仪表16、旋转软轴输出接口17、人机交互触屏18、多点位温度仪表19、多点位电信号仪表20，电源控制旋钮21操作单元；一储物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料构件外场快速自修复装置，其特征是它包括：一便携式手提箱（8），该便携式手提箱用于放置复合材料构件外场快速自修复所需的各部件；一交变加热电源模块（1），该交变加热电源模块（1）至少输出一路波形、频率、电流密度可控的工作电流；至少一路小型温度传感器（2），该小型温度传感器（2）连接温度信号转换器（3），上数据处理及存储器（4），该数据处理及存储器（4）将所测量到的温度信号处理转换成模拟信号送温度控制单元（5）进行接收、处理、储存；一温度控制单元（5），该温度控制单元（5）输出控制信号至交变控温电源模块（1），控制加热温度；一高精度电表（7），该高精度电表（7）的输入端与信号传输通道（6）电气连接，它的输出端与所述的数据处理及储存器（4）连接；至少带一路真空管路（9）的真空泵系统（10）；一软轴（11），该软轴（11）用于驱动切割电机（12）类修复辅助组件；一箱体操作面板（13），该箱体操作面板（13）设有加热电缆快拔接口（14）、多路真空接口（15）、真空仪表（16）、旋转软轴输出接口（17）、人机交互触屏（18）、多点位温度仪表（19）、多点位电信号仪表（20），电源控制旋钮（21）操作单元；一储物模块（22），该储物模块（22）中存储有导电预浸料补片、快速拆装电极、大功率传输线缆、温度传感器、真空辅助材料、切割砂轮。...

【技术特征摘要】
1.一种复合材料构件外场快速自修复装置，其特征是它包括：一便携式手提箱（8），该便携式手提箱用于放置复合材料构件外场快速自修复所需的各部件；一交变加热电源模块（1），该交变加热电源模块（1）至少输出一路波形、频率、电流密度可控的工作电流；至少一路小型温度传感器（2），该小型温度传感器（2）连接温度信号转换器（3），上数据处理及存储器（4），该数据处理及存储器（4）将所测量到的温度信号处理转换成模拟信号送温度控制单元（5）进行接收、处理、储存；一温度控制单元（5），该温度控制单元（5）输出控制信号至交变控温电源模块（1），控制加热温度；一高精度电表（7），该高精度电表（7）的输入端与信号传输通道（6）电气连接，它的输出端与所述的数据处理及储存器（4）连接；至少带一路真空管路（9）的真空泵系统（10）；一软轴（11），该软轴（11）用于驱动切割电机（12）类修复辅助组件；一箱体操作面板（13），该箱体操作面板（13）设有加热电缆快拔接口（14）、多路真空接口（15）、真空仪表（16）、旋转软轴输出接口（17）、人机交互触屏（18）、多点位温度仪表（19）、多点位电信号仪表（20），电源控制旋钮（21）操作单元；一储物模块（22），该储物模块（22）中存储有导电预浸料补片、快速拆装电极、大功率传输线缆、温度传感器、真空辅助材料、切割砂轮。2.根据权利要求1所述的复合材料构件外场快速自修复装置，其特征是所述的交变加热电源模块（1）具有调频、调流、调压三种工作模式，以导电预浸料补片温度信号作为控制参量，使预浸料补片产生电导损耗、介电损耗、极化损耗形式的综合电损耗而自发热固化。3.根据权利要求1所述的复合材料构件外场快速自修复装置，其特征在于所述的快速拆装电极由薄导电片层构成，表面涂覆有导电脱模剂或覆盖有导电脱模层，铺层过程中依靠弹簧、螺栓、挥发性导电粘接剂或真空压力方式装载于预浸料补...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迎光，刘舒霆，何美玲，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32