[发明专利]一种超表面馈能的复合材料构件损伤外场微波快速修补方法

说明书

一种超表面馈能的复合材料构件损伤外场微波快速修补方法，其特征是在复合材料构件待修补面放置电磁超表面构件，并与开口的微波辐射器共同组成微波谐振腔腔体，形成超表面馈能的微波谐振腔，微波源向谐振腔馈入微波，利用超表面馈能实现纤维增强复材补片直接吸收微波能量，实现外场条件下复材构件的快速修补。本发明可以大幅度提高修补效率，操作方便，成本低。

技术领域

本发明涉及一种复合材料构件损伤的修补方法，尤其是一种复合材料构件损伤外场的修补方法，具体是一种超表面馈能的复合材料构件损伤外场微波快速修补方法。

背景技术

复合材料重量轻，强度高。纤维增强的复合材料例如纤维增强增强树脂基复合材料在航空航天、汽车、船舶等领域得到广泛的应用。但是复合材料在使用过程中极易发生损伤，如无人机、直升机等在战场环境下受到攻击而损伤，需要返厂将受损零部件拆卸后才能进行修补，这极大地延长了飞机复合材料的修补周期。而战时一旦飞机复材构件受损，不能作战，会延误战争时机，因此复材构件的外场快速修补对飞机等武器装备十分重要。

传统采用“电热毯”加热修补纤维增强复材的修补工艺，采用电热毯作为外部热源加热方式，热量由材料表面传递至材料的内部，加热过程中复材的升温速率低，导致在复材构件的垂直方向上存在有温度场梯度，复材的层剪切强度降低，降低复材固化质量。因此目前的固化方法难以满足快速的复材修补需求。

针对复合材料外场快速修补的问题，本发明提出了针对纤维增强复合材料构件损伤的超表面馈能微波固化原位修补方法，将构件待修补面作为腔体的一部分，突破了了外场环境下无法利用大型腔体修补复合材料构件损伤的局限。同时结合超表面的馈能技术，本发明建立修补面上电磁超表面与纤维增强复材体系与空气的阻抗匹配，实现对复材构件的外场原位微波快速加热固化，通过动态调控输入微波能量满足修补工艺曲线，使得零件力学性能达到构件外场快速修补标准。故本发明提出了一种超表面馈能的复合材料构件的外场微波快速修补方法，实现固化过程工艺精确调控的高质量外场微波快速修补。

发明内容

本发明的目的是针对现有的“电热毯”加热修补纤维增强复材的修补工艺因采用电热毯作为外部热源加热方式，热量由材料表面传递至材料的内部，加热过程中复材的升温速率低，导致在复材构件的垂直方向上存在有温度场梯度，复材的层剪切强度降低，降低复材固化质量的问题，发明一种基于超表面馈能的复合材料构件损伤外场微波快速修补方法以能满足纤维增强复合材料构件损伤外场快速修补的需求。

本发明的技术方案为：

一种超表面馈能的复合材料构件损伤外场微波快速修补方法，其特征是，在复合材料构件待修补面铺放电磁超表面构件，并与开口的微波辐射器共同组成微波谐振腔腔体，形成超表面馈能的微波谐振腔。同时在待修补复材构件表面及内部放温度传感器，实现针对复材在固化过程中的实时精准温度控制，使复材的固化过程可按照设计的外场微波快速修补工艺曲线进行，完成复材构件在外场环境下的微波原位快速修补。

所述的电磁超表面构件由针对特定微波谐振频率设计的亚波长金属结构与柔性介质层组成。所设计的电磁超表面构件与复合材料组成的体系将在微波电磁场的激励下发生电磁耦合效应，改变体系的介电常数与磁导率，达到超表面-复材体系与空气之间的阻抗匹配状态。

所述的开场环境下的微波谐振腔，是用柔性材料实现复材修补面与开口谐振腔之间的过渡，并将纤维增强复合材料待修补面作为微波谐振腔的一部分，保证谐振腔与复材构件之间贴合的要求，并通过高微波反射率材料对复材与微波谐振腔的接缝处进行密封防泄漏处理。

所述的外场微波快速修补工艺是针对复合材料的超表面馈能的快速修补工艺。通过快速升温至复材固化发生交联反应的温度上限，然后再降温保温至复材固化完全。在保证零件固化质量的前提下，实现复材构件微波快速固化。

本发明的具体步骤可以概括为：

步骤1：将纤维增强复合材料受损区域进行探测，并对待修补区域进行切割处理，并将修补片与损伤区域进行胶结预处理，使得修补片可以与待修补表面紧密贴合。