趙洋洋博士答辯公告
答辯博士：趙洋洋 指導老師：盧文壯  教授 論文題目：塑性磨料氣射流高效無損去除飛機 CFRP 蒙皮塗層研究 答辯委員會： 主席：袁軍堂 教授/博導   南京理工大學
委員：秦國華 教授/博導    南昌航空大學
左敦穩 教授/博導   ag真人百家家乐平台
朱永偉 教授/博導    ag真人百家家乐平台
孫玉利 教授/博導   ag真人百家家乐平台
徐 鋒 教授/博導    ag真人百家家乐平台
盧文壯 教授/博導    ag真人百家家乐平台
秘書：李志鵬 副教授/碩導 ag真人百家家乐平台 答辯時間：2023 年 3 月 18 日 15:30 答辯地點：南航明故宮校區 A15-341
學位論文簡介：
由于飛機飛行中受到空氣摩擦、溫度驟變、紫外線輻射、雨淋鹽霧、沙礫、化學腐蝕、
設計缺陷（如彈射式火焰燃燒）、塗層老化等影響，飛機蒙皮表面的塗層會出現損壞，如塗
層開裂、起層、脫落和吸收劑變質，損壞的塗層需要及時維護才能正常發揮蒙皮塗層的功能，
同時确保新型戰鬥機隐身性能不受影響。飛機蒙皮塗層維護前需要對原有塗層先進行消褪處
理，而目前飛機蒙皮塗層維護中采用的化學除漆、激光燒蝕、手工打磨等方法不能适應于碳 纖維增強樹脂基複合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP）表面塗層的去除。針對 飛機 CFRP 蒙皮塗層去除需求，本文提出了塑性磨料氣射流加工（Plastic Abrasives Air Jet Machining, PAAJM）對 CFRP 蒙皮塗層高效無損去除的新方法。論文采用理論和試驗相結合，
從塑性磨料氣射流中的顆粒運動、氣射流預處理機理、氣射流塗層去除機理、基材損傷控制、 磨料磨損與破損、塗層去除工藝等方面開展研究，為實現新一代飛機 CFRP 基材預處理和表 面塗層高效無損去除奠定技術基礎。
主要研究工作：
（1）開展了塑性磨料氣射流顆粒運動研究，建立了塑性磨料顆粒速度模型、射流發散
模型和沖蝕寬度模型，獲得了噴嘴内的氣體速度和顆粒速度、噴嘴外的射流發散和沖蝕寬度。 研究表明，噴嘴内的顆粒速度随氣體壓力增加而增加，在距離試驗系統噴嘴出口 15dN 範圍
 
内，塑性磨料的顆粒速度無明顯下降。塑性磨料射流發散角随氣體壓力增加而減小，在距離 噴嘴 6.2dN 内塑性磨料射流呈現出線性發散，大于 6.2dN 時射流呈現“喇叭狀”發散，小粒 度塑性磨料發散角大于較大粒度磨料的發散角。塑性磨料射流沖蝕光斑随沖蝕角減小由圓形
變為橢圓形，沖蝕寬度随氣體壓力和沖蝕距離的增加而增加。建立的模型為塑性磨料氣射流 加工時顆粒速度、射流發散及沖蝕寬度的有效控制提供了方法。 （2）開展了塑性磨料氣射流蒙皮預處理及塗層去除機理研究，建立了塑性磨料與工件 的相互作用模型、沖蝕應力模型和材料去除率模型，研究了塑性磨料氣射流加工 CFRP 基材
預處理機理、塗層去除機理、沖蝕應力和材料去除率。研究表明，沖蝕應力随氣體壓力和磨 料粒度的增加而增加。CFRP 基材中的環氧樹脂主要以滑擦、彈塑性變形、沖蝕疲勞和彈塑 性斷裂等方式去除，塑性磨料對環氧樹脂的沖蝕為半塑性沖蝕。發現沖蝕角度在 30°~70°時 塗層主要以微耕犁和微切削方式去除，在70°~90°時塗層主要以法向沖蝕和片層等方式去除， 塑性磨料對塗層的沖蝕為塑性沖蝕。建立的模型為 CFRP 基材預處理、塗層去除、沖蝕應力 和材料去除率提供了理論參考。 （3）開展了氣射流去除基材表面損傷及其控制研究，研究了塑性磨料沖蝕 CFRP 基材
的纖維斷裂、脫粘和塗層去除基材損傷，獲得纖維斷裂、脫粘和塗層去除的基材損傷臨界條
件和控制條件。研究表明，随着氣體壓力、磨料粒度和沖蝕角度的增加，纖維斷裂更易發生。 氣體壓力 0.20~0.40MPa，沖蝕角度 30°~80°，磨料粒度小于 30-40 目時，可有效避免纖維斷 裂。随氣體壓力和磨料粒度的增加，沖蝕角度 30°~45°時纖維-基材脫粘更易發生。氣體壓 力 0.20~0.35MPa，沖蝕角度 45°~90°，磨料粒度小于 30-40 目時，可有效避免纖維-基材脫 粘。随氣體壓力和沖蝕角度的增加，塗層去除後基材損傷更易發生。當氣體壓力 0.20~ 0.35MPa，沖蝕角度 30°~80°，磨料 粒度小于 30-40 目時可有效避免塗層去除後 CFRP 基材損 傷。 （4）開展了氣射流塑性磨料的磨損與破損研究，建立了顆粒破損模型和破損率模型，
研究了塑性磨料的破損機理，獲得了磨料破損率，通過磨料染色研究了塑性磨料的磨損機理，
研究了磨料使用次數及對磨料加工能力的影響。研究表明，較大粒度磨料的破損機理為子午
斷裂或局部破損，塑性磨料破損率随氣體壓力、沖蝕角度和磨料粒度的增加而增大；較小粒 度磨料的磨損機理為機械磨損。30-50 目粒度塑性磨料的耐用度強于 20-30 目，20-30 目塑性 磨料的使用壽命約為 15 次，40-50 目塑性磨料适合用于多次循環使用。 （5）開展了蒙皮預處理及塗層高效無損去除工藝研究，通過正交試驗方法研究了塑性 磨料氣射流加工 CFRP 基材的預處理和塗層去除，獲得了塑性磨料氣射流高效無損去除塗層 新工藝。研究表明，塑性磨料氣射流加工方法更适合用于飛機 CFRP 蒙皮基材預處理，塑性 磨料氣射流加工後的 CFRP 基體表面接觸角相比手工打磨至少減小約 10°，塑性磨料氣射流 加工表面自由能優于手工打磨表面自由能。獲得了 CFRP 基材預處理表面粗糙度、潤濕性和
附着力的最優工藝參數。通過控制工藝可以實現塗層選擇性去除，最佳工藝參數為：
 
PA=0.35MPa，θ=70°，H=48mm，vN=6m/s，S=40-50 目。多噴嘴加工結果顯示增加噴嘴數量 可大大提高塑性磨料氣射流的加工效率，多噴嘴加工為飛機 CFRP 蒙皮塗層無損去除提供了 一種高效加工方案。
主要創新點：
（1）提出了飛機 CFRP 蒙皮基材預處理及蒙皮表面損傷塗層高效無損去除的塑性磨料
氣射流加工新方法，解決了塑性磨料氣射流加工中顆粒速度、射流發散角和沖蝕寬度控制問 題，實現了飛機 CFRP 蒙皮表面塗層的高效無損去除。 （2）建立了塑性磨料氣射流加工中塑性磨料去除彈塑性塗層的沖蝕應力模型，解決了 塑性磨料氣射流加工 CFRP 蒙皮塗層時基材損傷關鍵問題，實現了塑性磨料氣射流去除塗層 時基材無損傷的加工參數合理選擇。 （3）提出了采用提高塑性磨料氣射流加工效率的多噴嘴加工方法，解決了多噴嘴加工 中沖蝕區域加工一緻性問題，實現了飛機 CFRP 蒙皮表面塗層的高效均勻去除。 （4）提出了采用磨料染色揭示塑性磨料磨損與破損機理的方法，解決了塑性磨料磨損 與破損難以識别問題，實現了塑性磨料氣射流加工中塑性磨料磨損檢測。