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项目名称 技术分类 单位信息 第一发明人 专利情况 项目简介 发明创新点 产业化及市场应用

项目名称:飞机复杂金属结构损伤修复技术与应用

  • 国营芜湖机械厂
  • 安徽省芜湖市鸠江区南阳路99号
  • 241007
  • 袁大鹏
  • 17754115611

第一发明人

姓名 阚 艳 电话 5720089 电子邮件 820326918@qq.com
区号 0553 邮编 241007 通信地址 安徽省芜湖市鸠江区南阳路99号

其他发明人

范 鑫 孙运刚 杜永华 贺 旺

专利情况

专利类型 专利状态
申请号 授权日期 授权专利号
202010782999.5 2021-12-24 ZL202010782999.5
202010732218.1 2022-10-21 ZL202010732218.1
201811407831.5 2020-11-17 ZL201811407831.5
201610522085.9 2020-01-31 ZL201610522085.9
201910682710.X 2022-08-30 ZL201910682710.X
参展目的

项目简介

一、项目背景 飞机结构在服役期间由于疲劳载荷、环境腐蚀、材料与结构固有初始缺陷等因素的作用,不可避免会发生损伤。飞机结构部件换新成本高且周期长,发生损伤后飞机将直接面临停飞风险。因此开展飞机结构高性能可靠性修复,重新赋予飞机生命力,是实现飞机多次延寿的关键。 目前针对机体结构损伤,常用金属补强修理法,但传统的金属补强修理需要引入金属紧固件及金属加强件,因此会造成飞机增重,影响飞机的机动性能。另外传统的金属补强修理不可避免要对原结构进行开孔,这将影响原结构的载荷传递路径,有可能导致原损伤结构受力情况进一步恶化。并且在大载荷、原位、空间受限、复杂场景等极端修复条件制约下,机体结构修理面临形性匹配调控难、修理周期长等瓶颈,这是目前国内外尚未全面解决的重大难题,亟待技术突破。 本项目针对修复条件限制下的结构裂纹、孔洞损伤及飞机表面防腐涂层损伤,开发了一类增重小、效率高、可设计性强、无应力集中的机体结构胶接修复技术,实现了对飞机结构强度的高效调控,对保障飞机服役安全起到了至关重要的作用。 二、项目的优势 本参评项目针对飞机服役过程中狭小、复杂结构的裂纹、孔洞损伤及机体表面防腐涂层损伤,通过对飞机复杂金属承力结构复合材料胶接修复工艺的探究,结合预固化补片胶接修复技术、复合材料湿法胶接修复技术、复合材料补片分层修复技术、复合胶膜贴补修复技术,开发了用于飞机机体结构表面损伤、结构裂纹、孔洞损伤的新型修理工艺,有效缩短了修理时间,降低了飞机结构修理增重,同时提高了修复区的抗疲劳和耐老化性能,具备优秀的工艺可实施性和质量一致性,填补了国内大荷载高机动飞机多次延寿性能重塑技术体系空白。 三、评价 参评项目专利产品实现了飞机服役寿命延长2倍的目标,改变了飞机到寿即报废的现状;累计维护飞机数十架,持续为20余家航空工业单位、民航企业、高校及其他工程机械行业单位提供技术服务,同时研究成果已推广应用至船舶、高铁、风电能源等多个行业领域。项目成果经上海航空材料结构检测股份有限公司、上海微谱化工技术服务有限公司等机构检测,所检指标符合相关标准要求,经用户使用,反映良好,经济社会效益显著。 四、获奖情况 1、2020年6月,本项目相关技术获安徽省科学技术奖,一等奖; 2、2020年12月,本项目相关技术获安徽省电子信息科技奖,科技进步奖一等奖; 3、2022年2月,本项目相关技术获得江苏省科学技术奖励,一等奖。

发明创新点

创新点1:针对型面复杂的结构大尺寸孔洞损伤,通过专利《一种复杂金属结构大尺寸孔洞损伤修复方法》(专利号:ZL202010782999.5),首次采用复合材料湿法浸润胶接辅助金属加强盒机械连接修复工艺,通过对金属加强盒段与损伤金属承力结构间铺覆复合材料预浸料,解决了一些存在大曲率型面、且整体制造,无法拆解的复杂机体结构的孔洞损伤修理问题,形成了含大尺寸孔洞损伤的飞机延寿能力。 创新点2:针对型面复杂的结构裂纹损伤,通过专利《一种解决飞机复杂金属型面结构裂纹的湿法胶接修理方法》(专利号:ZL202010732218.1),创新性地提出了复合材料湿法胶接修理异形型面的修理方法,通过对复合材料湿法补片和加压工装进行优化设计,实现了复杂结构裂纹区域的单侧补强修理,解决了复杂型面结构修理间隙大导致应力集中和功能特性恶化的难题,有效延长了结构件的疲劳寿命。 创新点3:针对油箱这种狭小空间的结构裂纹损伤,通过专利《一种飞机结构油箱铝合金主承力件裂纹复合材料胶接修理方法》(专利号:ZL201811407831.5),利用碳纤维织物和环氧结构胶制造复合材料预固化补片,对开裂结构件双面贴补预固化复合材料补片,配合热风机和磁铁-钢板对胶接区域进行加热和加压,实现了对金属结构裂纹的补强,有效解决狭小区域修理难度大,修理质量一致性差的难题。 创新点4:由于在飞机服役过程中,复材加强补片可能发生分层损伤从而严重影响修理效果,而传统复合材料贴补、挖补及机械连接修理无法对该复杂区域内的加强补片进行修理,因此通过专利《一种层压板复合材料结构分层损伤修复方法》(专利号:ZL201610522085.9),设计了特制的复合材料层板补片,采取机械连接相结合的修理方式,有效解决了复杂区域加强补片的分层修理,实现了对复杂结构的低成本、高效延寿修理。 创新点5:针对飞机表面防腐涂层损伤,通过专利:《一种用于飞机复合材料结构外表面喷铝层损伤修复方法》(专利号:ZL201910682710.X),创新性的使用复合胶膜贴补修理技术在飞机表面获得均匀连续的喷铝层,实现了飞机结构外表面喷铝层快速修复的同时极大降低了修复成本。 综上所述,本项目围绕飞机狭小、复杂结构的裂纹、孔洞损伤及表面防腐涂层损伤,开展机体结构修理新技术研究。本项目提出的修复新工艺可有效降低损伤区域的应力集中现象,抑制裂纹和孔洞的扩展,提高修理区域的抗疲劳和耐老化性能,同时具备相当的工艺实施性和修复质量一致性,能有效延长飞机服役寿命。

产业化及市场应用效益情况

国营芜湖机械厂,成立于1976年,是国家航空装备修理保障国有大型企业,国家高新技术企业,承担着我国先进航空装备的修理保障任务,具备多型号装备修理、改装能力和民航部附件维修能力。自项目市场化以来,工厂实现了数十架飞机服役寿命延长2倍的目标,同时反哺飞机设计制造技术十余项,引领了飞机维修设计与效能修复核心技术变革;累计为沈阳飞机设计研究所、成都飞机设计研究所、陆军装甲兵学院、空军工程大学、吉林航空等20余家航空工业单位、民航企业、高校及其他工程机械行业单位提供技术服务,取得了显著的经济社会效益,截止目前经济效益详细情况如下: (1)2020年工厂完成十余架飞机的延寿修理,其中机体结构修理收入6512万元,利润781.4万元; (2)2021年工厂完成十余架飞机的延寿修理,其中机体结构修理收入8244万元,利润989.3万元,其中部分效益情况如下: 2021年1月,工厂为陆军装甲兵学院提供结构修理技术服务,合同价值14.5万元,利润10.7万元; 2021年6月,工厂为成都飞机设计研究所提供某型飞机复材修理典型金属薄壁结构技术服务,合同价值35万元,利润22.1万元; 2021年7月,工厂为成都飞机研究所提供复合材料胶接修理技术服务,完成了200余件结构件的修理,合同价值100万元,利润60.4万元; 2021年10月,工厂为成都飞机研究所提供加筋壁板与复合材料蜂窝修理技术服务,合同价值25.96万元,利润16.2万元。 (3)2022年截止目前,工厂完成十余架飞机的延寿修理,其中机体结构修理收入5328万元,利润639.4万元,其中部分效益情况如下: 2022年1月,工厂为成都飞机研究所提供复材修理金属主承力结构技术服务,合同价值34.2万元,利润21.4万元; 2022年5月,工厂为沈阳飞机设计研究所提供涂层腐蚀修理技术服务,完成了160余件结构件的修理,合同价值34万元,利润20.9万元; 2022年7月,工厂为成都飞机研究所提供复合材料胶接修理技术服务,合同价值90万,利润57.4万元; 2022年9月,工厂为吉林航空维修有限责任公司提供复合材料湿法胶接修理技术服务,完成了两架飞机机翼损伤修理,合同价值17.3万元,利润12.4万元。

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