民機(jī)結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施編制研究

魏士禮 葛春生

（中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司工程研發(fā)事業(yè)部，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

0 引言

民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)是用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)在允許損傷范圍內(nèi)易損結(jié)構(gòu)部件的識(shí)別、損傷判別、修理相關(guān)信息，也提供與結(jié)構(gòu)修理關(guān)聯(lián)的操作程序等技術(shù)信息。隨著復(fù)合材料在民用飛機(jī)主結(jié)構(gòu)上的大范圍應(yīng)用，與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)維修相關(guān)的技術(shù)信息也需編制入結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)中，供飛機(jī)維護(hù)使用。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造工藝與傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)不同，因此，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施也不盡相同。本文根據(jù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造和修理工藝特點(diǎn)，從規(guī)章條款和編制思路等方面研究復(fù)合材料結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的編制。

1 結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)概述

民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)（SRM）是飛機(jī)服役期間結(jié)構(gòu)修理的指導(dǎo)性文件，是飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理的法定技術(shù)文件[1]。民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)的主要目的是向飛機(jī)運(yùn)營(yíng)和維修單位提供一套維護(hù)說(shuō)明書，以保證飛機(jī)的正常維護(hù)和維修。它是維修程序類的持續(xù)適航文件（ICA），其特點(diǎn)具有法規(guī)性、有效性和規(guī)范性[2，3]。

1.1 法規(guī)性

民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)是由飛機(jī)主制造商依據(jù)民航規(guī)章要求而編制的并通過(guò)民航局的批準(zhǔn)或認(rèn)可的文件，是各類規(guī)章在技術(shù)操作方面的延伸，也是航空公司落實(shí)持續(xù)適航責(zé)任的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在編制標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)，應(yīng)考慮飛機(jī)運(yùn)營(yíng)和維修單位是否具備相應(yīng)的技術(shù)和條件。

1.2 有效性

由于民用飛機(jī)在各階段改型/改裝頻繁，造成同一機(jī)型不同時(shí)期、不同生產(chǎn)批次之間存在著構(gòu)型差異，而結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)作為非客戶化文件應(yīng)對(duì)同型號(hào)所有飛機(jī)構(gòu)型均適用。在編制標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)應(yīng)考慮現(xiàn)行有效的所有與復(fù)合材料相關(guān)的設(shè)計(jì)要素。

1.3 規(guī)范性

民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)一般根據(jù)航空技術(shù)出版物規(guī)范ATA2200或S1000D標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編制的[4]，便于保證文件體系的準(zhǔn)確、完整、可控和便于使用。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施編制要滿足規(guī)范要求。

2 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施

結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)作為程序類的持續(xù)適航文件，用于指導(dǎo)飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理的指導(dǎo)性文件，應(yīng)具備良好的完整性和操作性，以提高結(jié)構(gòu)修理的效率，縮短停場(chǎng)時(shí)間，提高維修性和經(jīng)濟(jì)性[5]。結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)的主體架構(gòu)可以分為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施和機(jī)體結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施章節(jié)包含了機(jī)體結(jié)構(gòu)相關(guān)的所有可操作的說(shuō)明性、工藝性、規(guī)范性內(nèi)容[6]。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施編制思路

結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)的主要作用是指導(dǎo)結(jié)構(gòu)修理，主要目的是為飛機(jī)運(yùn)營(yíng)和維修單位提供結(jié)構(gòu)修理相關(guān)的所有技術(shù)要求，這些技術(shù)信息匯總成結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施文件章節(jié)，即結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)51章，其編制思路可歸納如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的編制思路

根據(jù)圖1所示的編制思路，為滿足復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在損傷后恢復(fù)至滿足適航要求的狀態(tài)，需給出每個(gè)步驟對(duì)應(yīng)的說(shuō)明和技術(shù)規(guī)范。因此，復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施應(yīng)包含結(jié)構(gòu)概述、損傷檢查與去除、允許損傷、復(fù)合材料修理工序、標(biāo)準(zhǔn)修理方案和材料等[7]。

2.2 結(jié)構(gòu)概述

結(jié)構(gòu)概述用于描述主要復(fù)合材料部件的位置，并以結(jié)構(gòu)的主要材料進(jìn)行分類，以圖表形式給出復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件相對(duì)于飛機(jī)的位置，便于維修人員快速確定損傷的部位結(jié)構(gòu)材料，如圖2所示。

圖2 主要復(fù)材部件位置圖例

2.3 損傷檢查與去除

2.3.1 損傷的定義

復(fù)材結(jié)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)損傷的原因相同，但造成損傷后的效果略有不同，因此需對(duì)復(fù)材的損傷進(jìn)行定義，以便于在實(shí)際檢查操作過(guò)程中判斷損傷的形式。應(yīng)對(duì)常見復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷類型進(jìn)行歸納和定義，如裂紋、緊固件孔損傷、分層、凹坑、邊緣侵蝕、纖維損傷、熱損傷、基體缺陷、刻痕、刮傷、鑿傷、穿透以及紫外線損傷的基本描述[8]，并給出每種損傷的原因和可能引起的失效模式，以及進(jìn)行損傷評(píng)估的假設(shè)條件。

2.3.2 損傷的檢查

由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的特性，不是總能通過(guò)對(duì)零件的目視檢查來(lái)確定損傷的尺寸和類型。結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)中的允許損傷限制（ADL）優(yōu)先通過(guò)目視檢查進(jìn)行確定。如果損傷大于批準(zhǔn)的ADL，則需使用無(wú)損檢測(cè)找到所有的損傷[9]。因此，需給出復(fù)合材料損傷的一般檢查和無(wú)損檢查的技術(shù)要求和步驟，指導(dǎo)損傷發(fā)生或可能發(fā)生后對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)劃和非計(jì)劃的檢查。

2.3.3 損傷的去除

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一般由樹脂、纖維和/或蜂窩組成，因此損傷去除應(yīng)以損傷的尺寸來(lái)確定。如損傷未傷及纖維和/或蜂窩，即為表面的樹脂損傷，此時(shí)可通過(guò)表面打磨樹脂進(jìn)行損傷去除。如損傷已傷及纖維和/或蜂窩，需對(duì)損傷進(jìn)行挖補(bǔ)修理，對(duì)損傷進(jìn)行去除。每類損傷的去除均需要提供對(duì)應(yīng)的技術(shù)內(nèi)容和程序步驟。

2.3.4 損傷檢查和去除的工具

對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷檢查可能使用到特殊的工具，如無(wú)損檢測(cè)工具和儀器。損傷去除可能用到特殊的刀具和工具，如磨具、鉆具和洗塵設(shè)備等，這些工具應(yīng)由主制造商根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行指定，并編入手冊(cè)相關(guān)章節(jié)中。

2.4 允許損傷

復(fù)合材料部件不同類型和尺寸的損傷會(huì)顯著影響結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度，依此可以確定安全操作飛機(jī)的允許損傷尺寸。

（1）對(duì)于未傷及纖維和/或蜂窩的表面和邊緣損傷，可通過(guò)簡(jiǎn)單的打磨處理和樹脂刮平工藝進(jìn)行處理。對(duì)于傷及纖維和/或蜂窩的損傷，結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度依然滿足飛機(jī)的安全時(shí)，也可以通過(guò)快速膠帶修理，或樹脂刮平對(duì)損傷進(jìn)行處理，但要給出特定的檢查間隔。

（2）對(duì)于結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度無(wú)法保證飛機(jī)安全的損傷，需進(jìn)行修理；這個(gè)過(guò)程即為分析結(jié)構(gòu)允許損傷的過(guò)程。給出允許損傷評(píng)估和分析程序，用于現(xiàn)場(chǎng)判斷損傷是否可被允許。

（3）不同的結(jié)構(gòu)如層壓板、蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)、玻纖結(jié)構(gòu)等，允許損傷的評(píng)估和分析程序應(yīng)分別給出。

2.5 復(fù)合材料修理工序

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在修理時(shí)通常會(huì)采用加熱固化。因此需給出加熱和固化的所有相關(guān)要求和操作程序。

2.5.1 加熱設(shè)備要求

復(fù)合材料零件在修理過(guò)程中一般會(huì)采用電熱毯、烘箱或者熱壓罐進(jìn)行加熱，因此應(yīng)給出適用于外場(chǎng)修理的加熱設(shè)備的要求和程序，例如：

（1）加熱設(shè)備溫度場(chǎng)的要求，如果使用電熱毯，必須確保熱毯合格并且正常工作，主要驗(yàn)證電熱毯的電阻和溫差。

（2）加熱前需找出修補(bǔ)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的熱區(qū)和冷區(qū)，然后調(diào)整加熱或隔熱，直到修復(fù)區(qū)域的溫度在所要求的溫度范圍內(nèi)。

2.5.2 去除水分和濕氣

由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的吸濕特性，以及在修理固化時(shí)加熱會(huì)導(dǎo)致水分蒸發(fā)或者沸騰，引發(fā)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分層和其他缺陷，因此對(duì)于所有類型的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件在進(jìn)行修理之前，均需執(zhí)行干燥處理。對(duì)不同結(jié)構(gòu)類型的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)均給出對(duì)應(yīng)的去除水分和濕氣的程序。

2.5.3 真空袋工序

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修理主要采用真空袋的方式進(jìn)行修理，因此需要給出真空袋的相關(guān)程序。如用于鋪層的壓實(shí)使用的臨時(shí)真空袋工序，用于金屬膠接、層壓板固化、蜂窩固化和雙面零件的真空袋工序以及與真空袋配合的熱電偶設(shè)置的工序。零件在制造過(guò)程至少總有一面是貼合工裝，但維修過(guò)程中零件無(wú)法拆下或現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法獲取相應(yīng)的零件工裝，因此真空袋工藝需考慮修理現(xiàn)場(chǎng)的工具和設(shè)備，對(duì)工藝進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，以滿足現(xiàn)場(chǎng)修理的需求。

2.5.4 固化工序

“資金、技術(shù)、企業(yè)、人才”是農(nóng)業(yè)建設(shè)發(fā)展建設(shè)過(guò)程中不可或缺的四大元素。會(huì)上，國(guó)務(wù)院參事室特約研究員、原農(nóng)業(yè)部黨組成員、總經(jīng)濟(jì)師張玉香，墨西哥農(nóng)業(yè)部駐華代表處公使卡洛斯·阿爾德科，日本駐華大使館經(jīng)濟(jì)部官員山本裕介，清華大學(xué)農(nóng)村研究院首席專家、發(fā)改委農(nóng)村經(jīng)濟(jì)司原副司長(zhǎng)方言，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)宏觀經(jīng)濟(jì)研究院副院長(zhǎng)馬曉河等嘉賓先后進(jìn)行了發(fā)言。

復(fù)合材料零件制造過(guò)程中一般采用熱壓罐進(jìn)行加熱，溫度場(chǎng)均衡，固化穩(wěn)定。但現(xiàn)場(chǎng)條件限制采用電熱毯進(jìn)行加熱時(shí)，溫度場(chǎng)控制較難，因此需對(duì)零件的固化工序明確定義，以保證結(jié)構(gòu)的修理結(jié)果滿足預(yù)期要求。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)修理

2.6.1 允許損傷的修理

對(duì)于允許損傷限制以內(nèi)，或未傷及纖維的損傷，可采用樹脂刮涂工序進(jìn)行修理。該工序應(yīng)對(duì)飛機(jī)所有構(gòu)型均適用。

2.6.2 標(biāo)準(zhǔn)修理

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷超過(guò)允許損傷的限制時(shí)，需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修理。在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施章節(jié)中給出標(biāo)準(zhǔn)修理的工序，便于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)修理，提高維修效率。一般在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施章節(jié)中，應(yīng)給出與機(jī)型所涉及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)構(gòu)型相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)修理工序，例如：

（1）濕鋪層材料的修理工序；

（3）主結(jié)構(gòu)緊固件孔維修工序；

（4）凹坑和小孔修理工序等。

2.7 材料相關(guān)

由于復(fù)合材料本身的材料特性，其運(yùn)輸和貯存都需要特定的環(huán)境，因此，應(yīng)給出機(jī)型修理涉及的復(fù)合材料牌號(hào)類型的來(lái)源、采購(gòu)、運(yùn)輸、貯存和使用限制等技術(shù)要求，以保證材料的安全有效性。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施包含了飛機(jī)結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)維護(hù)和修理的所有技術(shù)說(shuō)明和技術(shù)規(guī)范。這些技術(shù)說(shuō)明和工序均來(lái)自設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)文件和工藝文件。技術(shù)文件和工藝文件需按照航空技術(shù)出版物規(guī)范ATA2200或S1000D標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新編制為程序類的便準(zhǔn)實(shí)施文件，以便于飛機(jī)的運(yùn)營(yíng)和維修單位進(jìn)行使用。