復(fù)合材料制造技術(shù)在民航維修工程領(lǐng)域中的引入和應(yīng)用

摘要：根據(jù)我國復(fù)合材料深度維修技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了將復(fù)合材料制造技術(shù)引入其結(jié)構(gòu)維修工程，結(jié)合行業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了引進(jìn)制造技術(shù)的意義及相關(guān)研發(fā)建議。國內(nèi)復(fù)合材料深度維修技術(shù)啟動(dòng)于2010年前后，它主要集中在民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙、雷達(dá)罩、艙門和舵面等方面，一方面需要依靠歐美國家的技術(shù)、工藝和人才的投入，另一方面大量的逆向工程，總體上表現(xiàn)出高度的依賴性和繼承性，創(chuàng)新知識(shí)薄弱，參考痕跡明顯，產(chǎn)品性能、生命周期難以達(dá)到OEM水平，無法充分理解設(shè)計(jì)邏輯，未能形成穩(wěn)定的戰(zhàn)略方向和清晰的產(chǎn)品線規(guī)劃，未能鍛煉經(jīng)驗(yàn)豐富、儲(chǔ)備充足的核心開發(fā)者。相比歐美復(fù)合材料制造業(yè)和復(fù)合材料維修業(yè)共生、互利、共贏的良好密切關(guān)系，國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品行業(yè)并沒有充分溝通和合作，制造廠對(duì)企業(yè)維修理念了解甚少，維修廠家對(duì)系統(tǒng)制造技術(shù)了解甚少。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料制造技術(shù);民航維修工程;引用與應(yīng)用

增進(jìn)相互了解和支持，希望將復(fù)合材料制造技術(shù)引入到工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)維修中，以MRO廠房為實(shí)施和應(yīng)用主體，結(jié)合生產(chǎn)工藝參數(shù)、連接強(qiáng)度計(jì)算方法、材料允許值設(shè)計(jì)、性能測試數(shù)據(jù)庫、分層設(shè)計(jì)原則與方法、疲勞耐久性設(shè)計(jì)、損傷容限設(shè)計(jì)、環(huán)境損傷效應(yīng)與防護(hù)設(shè)計(jì)、基于該技術(shù)的模具技術(shù)、以共固化/共粘接為核心的整體成型技術(shù)、新型罐成型成熟技術(shù)，厚板固化和變形控制是復(fù)合材料制造技術(shù)的共同結(jié)合點(diǎn)[1]。用制造技術(shù)促進(jìn)維修行業(yè)的成熟和完整，以較低的學(xué)習(xí)成本、時(shí)間成本，開發(fā)、充分消化和理解空客、波音等先進(jìn)的民用飛機(jī)復(fù)合材料制造理念，并反饋和優(yōu)化國內(nèi)相關(guān)制造技術(shù)，兩者的材料成本都得到了共同的提升，最終保證了良好的國產(chǎn)機(jī)隊(duì)的良好運(yùn)行，減少了送修成本，為國產(chǎn)復(fù)合材料零部件提供了良好的維修工藝、現(xiàn)場支持和可修設(shè)計(jì)理論閱讀支持。

一.行業(yè)現(xiàn)狀

（一）航空器符合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用快速發(fā)展

先進(jìn)復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用已經(jīng)變得越來越重要，飛機(jī)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等航空產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。添加以碳纖維增強(qiáng)樹脂為代表的先進(jìn)復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比剛度、剪裁設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)整體成型等優(yōu)點(diǎn)，可降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量10%～40%，降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本15%～30%，因此新型飛機(jī)的使用數(shù)量大大增加，應(yīng)用范圍也擴(kuò)大到了主航母部隊(duì)結(jié)構(gòu)。以傳統(tǒng)民用飛機(jī)為例，雖然機(jī)身部件復(fù)合材料很少使用，但在其機(jī)艙結(jié)構(gòu)中大量采用纖維-樹脂復(fù)合材料和含鋁面罩蒙皮-鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)（后一種尺寸，在改裝領(lǐng)域也被視為一種復(fù)合結(jié)構(gòu)）。風(fēng)艙前環(huán)具有連接消聲器板的消聲蒙皮和鋁蜂窩，以及蒙皮的碳纖維層壓結(jié)構(gòu)側(cè)的外部;風(fēng)扇罩主要是碳纖維層壓結(jié)構(gòu)蒙皮，以及s碳纖維與蜂窩結(jié)合的框架支撐等;在后面部分，C涵洞為實(shí)心固定結(jié)構(gòu)，主要為鋁蒙皮-鋁蜂窩夾層結(jié)[2]。反推套筒由碳纖維層壓而成;外部蒙皮與鋁蜂窩框架形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，滑動(dòng)門內(nèi)部穿孔消聲鋁蒙皮和鋁蜂窩粘合內(nèi)部消聲板;反推格柵為碳纖維粘合層壓結(jié)構(gòu)。

（二）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)維修的重要性日益增強(qiáng)

制造業(yè)和飛機(jī)運(yùn)營中的復(fù)合材料部件在損傷過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷或損壞，給飛行安全帶來隱患。隨著復(fù)合材料制造水平的不斷提高，復(fù)合材料零部件逐漸在飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)中得到普遍應(yīng)用，給民航維修行業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。隨著波音787和空客A350作為“全復(fù)合結(jié)構(gòu)”飛機(jī)的替換表投入使用，復(fù)合結(jié)構(gòu)的維護(hù)已成為飛機(jī)運(yùn)行的一個(gè)制約因素——新的安全環(huán)節(jié)和要素。飛機(jī)操縱面和發(fā)動(dòng)機(jī)短艙等結(jié)構(gòu)發(fā)生在復(fù)合材料部件中，損壞也使飛機(jī)處于AOG狀態(tài)，復(fù)合材料維修周期遠(yuǎn)長于系統(tǒng)航線更換周期，高昂的維護(hù)和停場成本使航空公司苦不堪言。因此，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)維修能力已成為各航空公司和MRO結(jié)構(gòu)維修的核心競爭力，為了獲得復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的綜合和獨(dú)立維修能力，全球范圍內(nèi)從科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展到工業(yè)發(fā)展的競爭正如火如荼。

二.研發(fā)建議

（一）技術(shù)路徑

在維修企業(yè)中建立復(fù)合材料維修技術(shù)藝術(shù)交流平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上，一方面與政府部門保持深入溝通，以獲取政治戰(zhàn)略資金支持;一方面，與OEM或一流廠商進(jìn)行深入合作，共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行發(fā)展，及時(shí)根據(jù)需要與自身市場地位交換關(guān)鍵維護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝創(chuàng)新，提高自身行業(yè)地位和話語權(quán);另一方面，以商用飛機(jī)、軍工企業(yè)、科研院所技術(shù)團(tuán)隊(duì)、軍民融合戰(zhàn)略/國產(chǎn)大型飛機(jī)項(xiàng)目為切入點(diǎn)，緊緊圍繞國際航空維修行業(yè)政策法規(guī)、發(fā)展方向，復(fù)合材料維修的管理理念和先進(jìn)方法、前沿的技術(shù)理念、創(chuàng)新的服務(wù)模式等。

（二）技術(shù)引入方案要點(diǎn)

1.建立完善的復(fù)合材料損傷機(jī)制

對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷統(tǒng)計(jì)和分類進(jìn)行了分析和適用性分析，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估方法進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)結(jié)構(gòu)維修技術(shù)進(jìn)行了適用性分析和結(jié)論，維修實(shí)施過程和有效維修研究驗(yàn)證試驗(yàn)的內(nèi)容，以建立結(jié)構(gòu)損傷的分類方法和分類標(biāo)準(zhǔn)，包括外部荷載、環(huán)境條件、風(fēng)熱燒蝕、應(yīng)力腐蝕，首先對(duì)高溫蠕變等損傷因素進(jìn)行量化分析，從根本上完善復(fù)合材料的損傷機(jī)理，建立復(fù)合材料損傷模型數(shù)據(jù)庫，為損傷的去除和強(qiáng)度恢復(fù)提供理論依據(jù)[3]。

2.創(chuàng)建國內(nèi)飛機(jī)結(jié)構(gòu)維修手冊(cè)

打開《民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)總體規(guī)劃研究維修手冊(cè)》，包括適航法規(guī)校準(zhǔn)制定維修計(jì)劃和維修手冊(cè)要求以及結(jié)構(gòu)尺寸維修手冊(cè)內(nèi)容完整性要求分析，結(jié)構(gòu)尺寸維修手冊(cè)制定工作計(jì)劃和任務(wù)分工，手工分析配套條件，編制手冊(cè)、編制方法要求和編制流程等。民用航空器結(jié)構(gòu)安全性、經(jīng)濟(jì)性和持續(xù)適航性，建立國內(nèi)民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)維修方案制定和結(jié)構(gòu)維修手冊(cè)編制流程和方法，完善維修手冊(cè)的編制流程，提高維修手冊(cè)的可用性，提高維修保障結(jié)構(gòu)的承載能力。

總結(jié)：隨著復(fù)合材料在民用航空中的應(yīng)用，隨著規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其結(jié)構(gòu)維護(hù)的重要性日益增強(qiáng)。本文結(jié)合我國復(fù)合材料維修能力的現(xiàn)狀，提出將復(fù)合材料制造技術(shù)引入民航維修工程領(lǐng)域的思路和研究開發(fā)進(jìn)行探討，以其兩者共同促進(jìn)，為保障國產(chǎn)機(jī)隊(duì)的良好運(yùn)行，提高民航復(fù)合材料維修行業(yè)的技術(shù)實(shí)力和國際競爭力具有深遠(yuǎn)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李唐，李迪.飛機(jī)維修工程為民航發(fā)展保駕護(hù)航[J].航空維修與工程，2018（09）：36-38.

[2]李衛(wèi)民.基于CDIO的民航維修工程技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)定位[J].中國民用航空，2012（07）：35-37.

作者簡介：李樹宇，男，漢族 ?天津市靜海區(qū)，1993.5.14，本科，助理工程師，研究方向：民航飛機(jī)工程技術(shù)。