淺析復合材料結構件在制造符合性檢查中的適航要求

■ 郭增宏/西安飛機工業(集團)有限責任公司

復合材料結構件關系到飛機的結構強度、安全可靠性和經濟性，是飛機研制成功的關鍵因素之一。由于復合材料結構的性能和質量很大程度上取決于制造工藝，復合材料具有各向異性、對環境敏感、對低能量沖擊損傷敏感、導電性差、準脆性、對疲勞不敏感、對成型工藝敏感等特征，因此對復合材料結構設計、制造工藝、檢測提出了更高的要求，特別是在材料、制造、裝配、質量控制和檢測方面保證其制造符合性還面臨很多技術瓶頸和困難，因此，如何在復合材料構件的制造中貫徹制造符合性檢查的有關適航要求，從而確保產品的制造符合性，是一項必須深入研究的課題。

1 復合材料結構制造中有關制造符合性的適航法規要求

1.1 適航要求概況

《中華人民共和國民用航空器適航管理條例》中第三條規定“民用航空器的適航管理，是根據國家的有關規定，對民用航空器的設計、生產、使用和維修，實施以確保飛行安全為目的的技術鑒定和監督”。適航審查就是一種主要的“技術鑒定和監督”方法，以確保航空器符合有關適航規章和環保要求。

制造符合性檢查指民用航空產品和零部件的制造、試驗、安裝等符合經批準的設計，是適航審查重要的一個環節。據此可知，復合材料結構的制造符合性檢查就是檢查和判斷擬用于民用航空器上的復合材料結構的制造符合性。

與運輸類飛機復合材料結構有關的制造符合性檢查依據和適航要求主要包括：CCAR-21-R3《民用航空產品和零部件合格審定規定》、CCAR-25-R4《運輸類飛機適航標準》、AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型號合格審定程序》和AC20-107B《COMPOSITE AIRCRAFT STRUCTURE》。

1.2 CCAR-21部對復合材料結構的制造符合性檢查要求

CCAR-21部對復合材料構件進行制造符合性檢查的主要條款，包括CCAR21.33（檢查和試驗要求)、21.53（制造符合性聲明要求)、21.125（生產檢驗系統要求)和21.143（對質量控制系統及資料的要求)。

1.3 CCAR-25部對復合材料結構制造的適航要求

全球主要的運輸類飛機適航標準對飛機結構制造的要求基本相同，相關的適航條款為CCAR、FAR和CS的25部605條款：

“第25.605條 制造方法

(a)采用的制造方法必須能生產出一個始終完好的結構。如果某種制造工藝（如膠接、點焊或熱處理)需要嚴格控制才能達到此目的，則該工藝必須按照批準的工藝規范執行。

(b)飛機的每種新制造方法必須通過試驗大綱予以證實。”

這一條款的核心目的是保證制造的飛機結構始終滿足設計資料中強度及其他性能要求。根據本條款要求，對于需要嚴格控制才能穩定、一致地制造結構的制造工藝，必須建立工藝規范，并按照工藝規范進行制造；如果需要采用新的制造方法，必須通過試驗驗證新方法能夠穩定、一致地制造飛機結構。這里的新制造方法是指制造方首次使用的工藝方法，包括對原有工藝的更改。

另外，由于復合材料的特殊性，復合材料結構的制造必須考慮材料因素，還必須符合CCAR-25部603條款：

“第25.603條 材料

零件所用材料損壞可能對安全性有不利影響的，其適用性和耐久性必須滿足下列要求：

(a)建立在經驗或試驗的基礎上；

(b)符合經批準的標準(如工業或軍用標準，或技術標準規定)，保證這些材料具有設計資料中采用的強度和其他性能；

(c)考慮服役中預期的環境條件，如溫度和濕度的影響。”

由于復合材料比較特殊，必須編制專門的材料規范，且經CAAC批準，所有25部的批準都是指局方批準。批準規范可以是間接的批準，通過批準圖紙來批準圖紙中引用的材料，也可以直接批準材料規范。材料的耐久性不是指疲勞性能，而是指其耐腐蝕、耐老化等與環境有關的特性。必須考慮溫度、濕度等環境影響。復合材料制造時必須始終符合經批準的材料規范的有關要求。

1.4 AP-21-03適航管理程序對復合材料制造符合性檢查的要求

AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型號合格審定程序》第7章“檢查、試驗、飛行試驗中工程審查代表與制造檢查代表的職能”，主要給出了實施制造符合性檢查應遵循的程序。

1.5 AC20-107B對復合材料結構制造的適航要求

適航條例提出了復合材料飛機結構必須滿足的基本原則和要求，但在實際操作中，一般遵循FAA的咨詢通報AC20-107B《COMPOSITE AIRCRAFT STRUCTURE》，對復合材料結構進行適航審定驗收。

AC20-107B是目前有關復合材料適航審定的一份較系統、較完整的文件，對復合材料飛機結構制定了一種FAA可以接受但非唯一的表明復合材料結構符合型號合格審定適航要求的方法，還列出了與復合材料緊密相關的設計、制造和維護方面的指導性資料。

2 復合材料結構件的制造符合性檢查

通過上述適航規章、程序和咨詢通告對復合材料結構件的要求分析，可對制造符合性檢查要求進行如下歸納：

首先，確定制造符合性檢查的范圍（包括檢查項目和檢查工序)，這取決于申請人的質量方針政策、質量控制程序、產品的復雜程度、對飛行安全的影響、生產經驗、檢驗人員以及生產設施、設備的能力、對供應商的控制和管理等。

其次，工程審查代表、制造檢查代表應與申請人協商制定一個合適的制造符合性檢查計劃（CIP)，包括確定制造符合性檢查項目；制定制造符合性檢查日程計劃表，以明確計劃中的每一項制造符合性檢查活動的地點、時間、檢查人員、檢查方式、聯絡方式等。在此基礎上，按以下原則進行制造符合性檢查。

2.1 復合材料工藝評審檢查

1)文件評審檢查

制造檢查對工藝規范進行文件評審時的關注點為：

a. 了解工廠的復合材料工藝文件體系，評審工藝規范的管理程序。

b. 確認圖紙中引用的復合材料工藝規范是否列入有效工藝規范目錄清單，以保證其得到批準，防止漏項，并考慮供應商的復合材料工藝規范的管理和批準。

c. 評審復合材料工藝規范的編制內容應符合AP-21-03第7.10.2的基本要求；適用范圍和引用文件是否恰當，涉及人、機、料、法、環五方面的內容是否準確，判斷有無不規范、不完整的內容。

d. 檢查編制的工藝規范內容與參考標準或試驗依據是否協調。

e. 評審工藝規范的準確性，需要控制的工藝參數和容差是否量化，避免出現導致不同解釋的內容和詞句，例如，足夠的、如需要、如要求、室溫和定期等。

f. 申請人是否有證據表明采用此工藝能夠生產出滿足型號設計要求的產品。

2)工藝符合性檢查

工藝符合性檢查是制造檢查代表依據工藝規范中給出的檢驗或檢測方法檢查按照該工藝加工的產品的符合性，目的是判斷該工藝過程采用的操作方法能否始終加工出符合型號設計的產品。工藝符合性檢查內容如下：

a. 檢驗人員資質是否滿足工藝規范的要求，檢驗人員是否按照工藝規范中給出的檢驗或檢測方法檢驗。

b. 用于檢驗或檢測的儀器、設備的量程、精度、容量等是否滿足工藝規范的要求，是否處于可控狀態，是否在有效期內，是否定期校驗。

c. 檢驗人員是否完成了工藝規范和/或圖紙要求的所有檢驗，如無損檢驗、外形尺寸、表面粗糙度、厚度等，檢驗結果是否滿足要求；評審檢驗記錄的完整性。

d. 確認經過此工藝過程生產的產品各方面是否符合型號設計資料的要求。

e. 應特別關注工藝規范的更改、修正及判斷其是否會影響完工產品的質量穩定性。

f. 對新復合材料工藝制造的零件，是否進行了首件/批零件的檢驗，是否進行了破壞性試驗，或進行了其他工程人員要求的試驗，如燃燒試驗等。

3)工藝驗證試驗的檢查

工藝驗證試驗是驗證按照該工藝加工的產品是否符合工藝驗證試驗大綱的要求，是考核其工藝符合性的重要環節。可視為工藝符合性的一部分，分為文件檢查和現場檢查兩個方面。文件檢查的內容包括：

a. 檢查評審申請人提交的制造符合性聲明，確認申請人內部已經完成了對試驗件完整的制造符合性檢查、記錄了檢查結果并解決了發現的問題。主要檢查聲明的內容、偏離及其批準、簽署等。

b. 檢查試驗大綱及其更改是否得到工程審查代表批準，試驗件構型狀態是否明確，試驗狀態更改后是否重新審批試驗大綱，對試驗大綱的偏離是否得到局方工程審查代表的批準。

c. 檢查安裝圖紙、試驗技術要求是否經過工程審查代表評審、批準。檢查現場圖紙的有效性、一致性、完整性。

d. 檢查試驗用軟件及其安裝的批準情況。

e. 檢查試驗件及試驗裝置的安裝記錄，包括檢查安裝記錄、檢驗記錄是否完整、有效，偏離文件（如更改類文件等)是否經過工程審查代表批準，不合格項的處理情況，試驗裝置精度/誤差測試的符合性，操作、檢驗人員的資格等要求。

f. 必要時，評審試驗單位的質量體系，現場檢查與試驗有關的質量體系要素，如接收檢驗、設備校驗、人員培訓及質量記錄的保存等。

現場檢查的內容包括：

a. 檢查試驗件構型狀態與試驗大綱或試驗件清單是否一致，檢查試驗件最新有效構型狀態，差異部分是否有工程評審認可。

b. 檢查試驗件狀況，試驗件是否有明確標識，防止誤用；試驗件是否有未聲明的制造偏離，所用偏離應有工程評審認可/批準。

c. 檢查試驗件安裝是否符合試驗大綱和安裝圖紙要求，并檢查安裝記錄。

d. 檢查試驗設備（含測試儀器和記錄儀器)的規格、校驗情況、有效期、精度等級及量程是否符合試驗大綱的要求，并抽查校驗報告和校驗標簽等。

e. 檢查傳感器安裝、測量點位置是否符合試驗大綱要求。

f. 檢查試驗操作、控制用軟件或試驗件及其他器材用的軟件的編號和版次及軟件安裝是否與試驗大綱一致。

2.2 復合材料構件生產的工藝實施符合性檢查

工藝實施符合性檢查的目的是確定零件生產是否按照已確定的工藝規范的規定進行操作，確保能夠按照規定的生產和工藝方法持續生產出符合設計要求的產品。制造符合性現場檢查主要按照工藝規范從“人、機、料、法、環”五方面開展。

1)操作人員資格是否符合工藝規范要求，檢查資格證、培訓情況。

2)檢查加工設備、工裝、儀器、儀表的型號和容量、精度和量程等是否滿足工藝規范的要求，系統誤差是否滿足工藝規范要求。

3)確認使用的原材料（預浸料)是否符合材料規范的要求，并進行了入廠檢驗或復檢，符合工藝規范和/或經批準的材料規范，并按工藝規范的要求進行存儲。

4)檢查現場所應用的各種文件的有效性，包括圖紙、操作工序、工藝標準/規范、檢驗方法等是否得到局方評審和批準或認可。

5)檢查廠房和環境是否達到工藝規范和防污染的要求，如環境溫濕度、空氣清潔度等。

6)檢查試驗件的加工情況是否與驗證圖紙和技術條件的要求相一致。

7)觀察各項工序，其操作方法和順序是否符合文件要求，所有工藝參數是否進行嚴格控制，是否完成工藝規范要求的所有操作流程，并填寫了操作記錄。

8)檢查復合材料工藝的偏離處置是否經過審查組工程審查代表的評估和批準。

9)是否進行了相應的生產記錄，所有操作人員的印章是否專人專用。

這里要特別關注“首件檢驗”。復合材料結構件的特殊性決定了其首件檢驗的重要性。首件檢驗的主要項目包括：圖號與工卡是否符合；材料與工卡是否相符；加工過程與工卡是否一一相符；首件產品加工出來后的實際質量特征是否符合圖紙或技術文件所規定的要求。

通常在下列情況下應該進行首件檢驗：

a .一批產品開始投產時；

b. 設備重新調整或工藝有重大變化時；

c. 輪班或操作工人變化時；

d. 材料批次發生變化時。

3 結束語

通過對復合材料結構件適航制造符合性要求的研究，可以為新型飛機的各項研究工作指明適航方向，以便飛機制造公司在資源調配方面合理安排，加速民機的研制速度。

[1]CCAR-21-R3 民用航空產品和零部件合格審定規定[S].

[2]CAR-25-R4運輸類飛機適航標準[S].

[3]AP-21-AA-2011-03-R4 航空器型號合格審定程序[S].

[4]AC20-107B COMPOSITE AIRCRAFT STRUCTURE[S].