Improvement of the repair method of the aircraft components made of polymer composite materials with operational damage

Abstract

The subject of study in this article is the repair method of the aircraft (A/C) components made of polymer com-posite materials (PCM) with operational damage. This article improves the repair method of the A/C PCM components with cracks and holes. Objectives: to improve the repair method of operational damage of the A/C PCM components by layer-by-layer removal of the defective area using a milling tool; propose dependencies to determine the serviceability period of the damaged area, considering the safety factor and geometric parameters of the defect. The following methods are used: analysis of existing and common repair methods of the A/C PCM components, mathematical approaches for their evaluation based on solving systems of equations. According to the analysis, the shortcomings of existing and common repair methods of the A/C PCM components with cracks and holes are identified. A proposal is made to improve the adhesive repair method of the A/C PCM components by using a milling tool with a curved cutting edge with a radius of curvature from 3 mm to 5 mm. The main stages of such repair are updated by filling the repair area with isotropic polymer paste. The dependencies of the geometrical parameters of layer-by-layer milling on the strength of the A/C PCM components are shown, considering the operating loads, calculated loads, and safety factors. The scientific novelties of the obtained results are as follows: the repair method of the A/C PCM components with operational damage using layer-by-layer milling with shaped radial mill to remove PCM layers in the defective area followed by filling the repair area with isotropic polymer paste is improved; the dependencies of geometric and strength parameters of the defective area of the A/C PCM components are established, which allow to easily determine the time of defect development before the destruction of the structure and the temporary period of serviceability of the A/C PCM components. The proposed improvement of the repair method will increase the period of operation of the A/C PCM components in general, which may be the next study.

Предметом вивчення в статті є метод ремонту складових частин (СЧ) авіаційної техніки (АТ) з полімерних композиційних матеріалів (ПКМ) із експлуатаційними пошкодженнями. Метою є удосконалення методу ремонту СЧ АТ із ПКМ з тріщинами та пробоїнами. Завдання: удосконалити метод ремонту експлуатаційних пошкоджень СЧ АТ із ПКМ шляхом пошарового видалення дефектної зони із застосуванням фрезерного інструменту; запропонувати залежності для визначення тимчасового періоду працездатності пошкодженої зони з урахуванням коефіцієнта безпеки та геометричних параметрів дефекту. Використовуваними методами є: аналіз існуючих і розповсюджених методів ремонтів СЧ АТ із ПКМ, математичні підходи для їх оцінювання на основі розв’язання систем рівнянь. Отримані такі результати. Згідно проведеного аналізу встановлено недоліки розповсюджених і існуючих методів ремонтів СЧ АТ із ПКМ з тріщинами та пробоїнами. Надано пропозицію з удосконалення клейового методу ремонту СЧ АТ із ПКМ шляхом застосування фрезерного інструменту, що має криволінійну ріжучу кромку з радіусом кривизни від 3 мм до 5 мм. Оновлені основні етапи такого ремонту шляхом заповнення ремонтної зони ізотропною полімерною пастою. Показані залежності геометричних параметрів пошарового фрезерування на міцність СЧ АТ із ПКМ з урахуванням експлуатаційних навантажень, розрахункових навантажень та коефіцієнта безпеки. Висновки. Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному: удосконалено метод ремонту СЧ АТ із ПКМ з експлуатаційними пошкодженнями використанням пошарового фрезерування за допомогою фасонної радіусної фрези для видалення шарів ПКМ у зоні дефекту з наступним заповненням зони ремонту ізотропною полімерною пастою; встановлені залежності геометричних та міцнісних параметрів дефектної зони СЧ АТ із ПКМ, які дозволяють легко визначити час розвитку дефекту до повного руйнування конструкції та тимчасовий період працездатності СЧ АТ із ПКМ з пошкодженням. Запропоноване удосконалення методу ремонту дозволить збільшити період експлуатації СЧ АТ із ПКМ та АТ в цілому, що може стати наступними дослідженнями.

Предметом изучения статьи является метод ремонта составных частей (СЧ) авиационной техники (АТ) из полимерных композиционных материалов (ПКМ) с эксплуатационными повреждениями. Целью является усовершенствование метода ремонта СЧ АТ из ПКМ с трещинами и пробоинами. Задачи: усовершенствовать метод ремонта эксплуатационных повреждений СЧ АТ из ПКМ путем послойного удаления дефектной зоны с применением фрезерного инструмента; предложить зависимости определения временного периода работоспособности поврежденной зоны с учетом коэффициента безопасности и геометрических параметров дефекта. Используемые методы: анализ существующих и распространенных методов ремонтов СЧ АТ из ПКМ, математические подходы для их оценки на основе решения систем уравнений. Согласно проведенного анализа установлены недостатки распространенных и существующих методов ремонтов СЧ АТ из ПКМ с трещинами и пробоинами. Предложено усовершенствование клеевого метода ремонта СЧ АТ из ПКМ путем применения фрезерного инструмента с криволинейной режущей кромкой с радиусом кривизны от 3 мм до 5 мм. Обновлены основные этапы такого ремонта путем заполнения ремонтной зоны полимерной изотропной пастой. Показаны зависимости геометрических параметров послойного фрезерования и прочности СЧ АТ из ПКМ с учетом эксплуатационных нагрузок, расчетных нагрузок и коэффициента безопасности. Научная новизна полученных результатов заключается в следующем: усовершенствован метод ремонта СЧ АТ из ПКМ с эксплуатационными повреждениями использованием послойного фрезерования с помощью фасонной радиусной фрезы для удаления слоев ПКМ в зоне дефекта с последующим заполнением зоны ремонта изотропной полимерной пастой; установлены зависимости геометрических и прочностных параметров дефектной зоны СЧ АТ из ПКМ, позволяющие легко определить время развития дефекта до полного разрушения конструкции и временный период работоспособности СЧ АТ из ПКМ с повреждением. Предлагаемое усовершенствование метода ремонта позволит увеличить период эксплуатации СЧ АТ из ПКМ и АТ в целом, что может стать следующими исследованиями.