鄭曉玲 /

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210)

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的適航符合性分析研究

鄭曉玲 /

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210)

針對復(fù)合材料應(yīng)用于大型民用飛機(jī)主結(jié)構(gòu)件，從材料、工藝、設(shè)計(jì)、分析、制造、驗(yàn)證與維護(hù)修理等方面要求進(jìn)行分析研究，給出了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的適航符合性驗(yàn)證思路和試驗(yàn)規(guī)劃的建議，為民機(jī)機(jī)體采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件提供技術(shù)支持。

復(fù)合材料；適航符合性；自動化鋪貼；自動化制造；試驗(yàn)規(guī)劃

0 引言

隨著復(fù)合材料機(jī)翼、機(jī)身的應(yīng)用，以及自動化制造技術(shù)的發(fā)展，如何規(guī)劃復(fù)合材料的研究思路，如何進(jìn)行研究與試驗(yàn)以表明適航的符合性，本文從材料、工藝、設(shè)計(jì)、分析、制造、驗(yàn)證與維護(hù)修理等方面進(jìn)行分析研究，給出了如何進(jìn)行試驗(yàn)規(guī)劃的研究，需要考慮的因素及適航符合性的思路，為復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 未來民機(jī)對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

以波音787、A380和A350等為代表的新型民用飛機(jī)在總體設(shè)計(jì)方面廣泛應(yīng)用數(shù)字化、信息化手段，大量采用數(shù)字建模、數(shù)字仿真、數(shù)字制造與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了異地協(xié)同與并行工程；在機(jī)體結(jié)構(gòu)上大量采用先進(jìn)的輕質(zhì)材料和復(fù)合材料，顯著降低了飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量；在航電系統(tǒng)方面大幅提高了綜合化、模塊化水平；機(jī)載機(jī)電系統(tǒng)向多電飛機(jī)邁出了重要步伐，采用了電剎車系統(tǒng)和局部電-液作動器，并將環(huán)控系統(tǒng)改為電驅(qū)動。同時還選用了推力大、耗油率低、環(huán)保性好、涵道比高的新型渦扇發(fā)動機(jī)，使飛機(jī)的燃油消耗大幅降低。

2020年后的飛機(jī)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

1)技術(shù)特點(diǎn)

更加安全、更加經(jīng)濟(jì)、更加舒適、更加環(huán)保。

2)技術(shù)目標(biāo)

①提高安全性，人為因素影響降低80%；

②提高經(jīng)濟(jì)性，油耗降低50%，整機(jī)減重10%；

③提高舒適性，噪音降低50%；

④提高環(huán)保性，碳排放降低60%，氮氧化物排放降低80%。

為了實(shí)現(xiàn)整機(jī)的技術(shù)目標(biāo)，結(jié)構(gòu)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)要求：

1)提高安全性，使用的材料、設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、制造工藝等應(yīng)具有高可靠性和耐久性，需要經(jīng)過充分的試驗(yàn)驗(yàn)證；

2)提高經(jīng)濟(jì)性，降低研制成本，實(shí)現(xiàn)全壽命成本控制，結(jié)構(gòu)減重15%；

3)提高舒適性，降低和控制艙內(nèi)噪聲，艙內(nèi)噪聲降低5dBA；

4)提高環(huán)保性，通過減重實(shí)現(xiàn)碳排放降低5%。

輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的有效途徑之一，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是主要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。而復(fù)合材料機(jī)翼、機(jī)身的應(yīng)用代表了復(fù)合材料在飛機(jī)上應(yīng)用的水平。

2 國際復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展分析

隨著復(fù)材技術(shù)的不斷發(fā)展及用量的增長，最具有代表性的新一代大型民用飛機(jī)——空客A380飛機(jī)、波音787飛機(jī)和正在研制的空客A350 XWB飛機(jī)，有別于以往同類飛機(jī)的一個重要標(biāo)志就是機(jī)體結(jié)構(gòu)大量采用復(fù)合材料，其復(fù)合材料用量分別占機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的25%、50%和52%。圖1表示了新一代大型民用飛機(jī)與上世紀(jì)后期研制的民用飛機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用情況對比。

在考慮將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用于新機(jī)研發(fā)時，通常都要對相關(guān)復(fù)合材料進(jìn)行充分的前期論證和預(yù)先研究，特別要非常重視復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)的預(yù)先研究。為此，世界航空工業(yè)先進(jìn)國家先后制定了多個國家級的預(yù)發(fā)展研究計(jì)劃，并據(jù)其完成了一系列輕質(zhì)、高性能、低成本復(fù)合材料的研究項(xiàng)目。

美國及歐盟為保持其在復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)先地位，實(shí)施了ACT(Advanced Composite Technology)、AST(Advanced Subsonic Technology)、CAI(Composite Affordability Initiative)以及TANGO(Technology Application to the Near-term Business Goals and Objectives)、ALCAS(Advanced and Low Cost Airframe Structure)等一系列復(fù)合材料專項(xiàng)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃和結(jié)構(gòu)技術(shù)綜合發(fā)展計(jì)劃，使復(fù)合材料大量應(yīng)用于民用飛機(jī)成為可能。圖2表示了其復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展歷程。

復(fù)合材料應(yīng)用于民用飛機(jī)的主結(jié)構(gòu)帶動了全球復(fù)合材料技術(shù)的迅猛發(fā)展。目前以波音787和空客A350為中心，已形成了全球性的有效供應(yīng)鏈(見圖3、圖4)，極大地提高了復(fù)合材料機(jī)體結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)和生產(chǎn)能力。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)也從手工鋪層發(fā)展出了各種自動鋪層的方法，在提高制造質(zhì)量的同時大大降低了工藝制造成本。根據(jù)對波音787和A350復(fù)合材料機(jī)翼和機(jī)身的制造工藝及可能發(fā)展的歸納分析(見表1)，可以看到自動化鋪層和成型是保證復(fù)合材料機(jī)翼和機(jī)身制造質(zhì)量的根本保證。事實(shí)上為了進(jìn)一步降低制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的成本，關(guān)于機(jī)體主結(jié)構(gòu)件的復(fù)合材料工藝技術(shù)還在不斷地探索和研究之中，表2展望了其未來的自動化制造發(fā)展方向。

表1 復(fù)合材料機(jī)翼/機(jī)身制造工藝

表2 復(fù)合材料機(jī)體結(jié)構(gòu)件自動化制造技術(shù)的發(fā)展方向

3 面向復(fù)合材料自動化制造的設(shè)計(jì)技術(shù)探討

需要始終生產(chǎn)出完好的、可靠的、符合設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品，才能用于民用飛機(jī)機(jī)體裝配。確保復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品符合要求的關(guān)鍵，是復(fù)材結(jié)構(gòu)件制造的全過程控制。首先從原材料的生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存控制，其次要有經(jīng)過驗(yàn)證并得到局方批準(zhǔn)/認(rèn)可的工藝規(guī)范/工藝規(guī)程、檢測規(guī)范和質(zhì)量控制系統(tǒng)，包括相關(guān)人員的上崗培訓(xùn)和持證上崗。要保證大批量的復(fù)合材料飛機(jī)主結(jié)構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量要求，標(biāo)準(zhǔn)化、自動化的制造技術(shù)不可或缺。所以攻克復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化自動化制造技術(shù)，是首先要解決的問題，這里包括標(biāo)準(zhǔn)化的工藝研究、適用的自動化設(shè)備研制或購置。

自動化的制造包括自動鋪帶、不同帶寬的自動鋪絲、加筋構(gòu)件的自動化預(yù)成型體制造等。同時還涉及到很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，如開口周緣的加強(qiáng)鋪層、剃層區(qū)、變截面變厚度筋條、連接區(qū)加厚、爬坡鋪層和梯度等。這類變截面部位可以通過優(yōu)化設(shè)計(jì)獲取最佳結(jié)果，結(jié)合上述自動化制造工藝實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕重優(yōu)質(zhì)。而對于一些采用液體成型工藝的預(yù)成型體制備，能否實(shí)現(xiàn)自動化制備也是制約其應(yīng)用的重要因素。

要實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料機(jī)體結(jié)構(gòu)件的自動化制造，必須在設(shè)計(jì)初始階段就充分考慮所使用設(shè)備的能力和參數(shù)。特別是對于一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)部位，必須考慮相關(guān)設(shè)備的功能和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，如鋪帶/鋪絲機(jī)的帶寬容量、單向和(或)雙向爬坡能力等。對于液體成型工藝，如采用自動化制備加筋結(jié)構(gòu)預(yù)成型體，設(shè)計(jì)時需要考慮所采用的制備方法，有可能會制約變厚度的設(shè)計(jì)情況。

針對復(fù)合材料自動化制造技術(shù)，需要研究適合于自動化制造的設(shè)計(jì)技術(shù)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，要確保復(fù)合材料、加工工藝、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一體化設(shè)計(jì)。除此之外，設(shè)計(jì)上還需要考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的可修理性、可維護(hù)性以及降低制造和使用的成本等，這些都是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)得以應(yīng)用于民用飛機(jī)機(jī)體主結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。

4 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的適航符合性思路分析

對于大型民用運(yùn)輸類飛機(jī)，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的適航符合性驗(yàn)證主要涉及CCAR25部的下列條款：25.601總則、25.603材料、25.605制造方法、25.607緊固件、25.609結(jié)構(gòu)保護(hù)、25.611可達(dá)性措施、25.613材料的強(qiáng)度性能和材料的設(shè)計(jì)值、25.619特殊系數(shù)、25.623支承系數(shù)、25.625接頭系數(shù)、25.303安全系數(shù)、25.305強(qiáng)度與變形、25.307結(jié)構(gòu)符合性證明、25.365增壓艙載荷、25.561應(yīng)急著陸情況總則、25.562應(yīng)急著陸動力要求、25.563水上迫降的結(jié)構(gòu)要求、25.571結(jié)構(gòu)的損傷容限和疲勞評定、25.581閃電防護(hù)、25.629氣動彈性穩(wěn)定性要求、25.631鳥撞損傷、25.785座椅、臥鋪、安全帶和肩帶、25.787儲存艙、25.789客艙和機(jī)組艙以及廚房中貨物的固定、25.801水上迫降、25.841增壓座艙、25.843增壓座艙的試驗(yàn)、25.853座艙內(nèi)部設(shè)施、25.854廁所防火、25.855貨艙和行李艙、25.856隔熱/隔音材料、25.1529持續(xù)適航文件、H25持續(xù)適航文件等。

本文主要從復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的材料、工藝、許用值和設(shè)計(jì)值、結(jié)構(gòu)、零件制造等方面進(jìn)行分析說明，包括分析部分條款的技術(shù)內(nèi)涵，研究提出復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的研發(fā)和驗(yàn)證技術(shù)思路。

1)材料：基于供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選，進(jìn)行材料篩選試驗(yàn)，編制材料規(guī)范(草稿)，開展PCD(Process Control Document)審核，進(jìn)行材料預(yù)鑒定，全面獲取材料性能數(shù)據(jù)，編制材料規(guī)范(初稿)，可供初步設(shè)計(jì)使用。若申請人正式提交型號合格審定申請，則需要提交適航進(jìn)行符合CCAR25.603條款的適航驗(yàn)證工作，編制材料鑒定試驗(yàn)大綱，進(jìn)行材料合格鑒定，形成材料規(guī)范(正式稿)、批準(zhǔn)進(jìn)入QPL(Qualified Product List)，得到滿足CCAR25.603要求的材料規(guī)范及材料，可以用于結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

2)工藝：針對具體結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)特征選擇適用的工藝方法，編制相關(guān)工藝規(guī)范，并通過元件試驗(yàn)，獲得工藝規(guī)范中的參數(shù)，如復(fù)合材料層壓板吸膠和固化的溫度、時間及壓力、加壓點(diǎn)選擇等工藝參數(shù)，測定復(fù)合材料層壓板的孔隙率和力學(xué)性能，確定材料的固化工藝參數(shù)。

接著在工藝規(guī)范確定的要求內(nèi)，通過對具體結(jié)構(gòu)件制造工藝的研究，包括結(jié)構(gòu)所采用的成型工藝方法、模具方案、工藝方案和各零件成型工藝，編制零件的工藝規(guī)程，并開展PPM(Pre Part Manufacture)研究，進(jìn)行熱分布測試和剖切、檢測等試驗(yàn)分析，優(yōu)化各種成型工藝參數(shù)，無損檢測標(biāo)塊，形成所選工藝的工藝規(guī)范、各類零部件制造的工藝規(guī)程和相應(yīng)的無損檢測規(guī)范。

最終編制復(fù)合材料結(jié)構(gòu)各種制造方法的工藝規(guī)范和工藝規(guī)程，并編制工藝規(guī)范的驗(yàn)證試驗(yàn)大綱，經(jīng)局方批準(zhǔn)后進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)符合要求后，工藝規(guī)范獲得局方批準(zhǔn)，可生效并執(zhí)行。接著編制各類零件制造的工藝規(guī)程和PPM實(shí)施方案，經(jīng)局方批準(zhǔn)后實(shí)施，結(jié)果符合要求后，獲得局方批準(zhǔn)，確認(rèn)按照批準(zhǔn)的工藝規(guī)范，某個制造商可按照批準(zhǔn)的工藝規(guī)程正式生產(chǎn)某類零件，至此完成了符合CCAR25.605條款的符合性驗(yàn)證。

3)新型結(jié)構(gòu)形式：確定有疑問的或新型的結(jié)構(gòu)形式或細(xì)節(jié)，需要采用試驗(yàn)的方法加以驗(yàn)證以符合CCAR25.601條款的要求。

4)材料許用值確定：對各部位復(fù)合材料結(jié)構(gòu)選取其典型層板的鋪層設(shè)計(jì)按照適航認(rèn)可的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行材料許用值的試驗(yàn)，并在統(tǒng)計(jì)方法的基礎(chǔ)上獲得材料許用值(CCAR25.613)，用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析。該項(xiàng)試驗(yàn)的結(jié)果一般要求與材料供應(yīng)商的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，確保使用方的加工工藝方法與供應(yīng)商方法的一致性。

5)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值確定：在材料和工藝確定后，從穩(wěn)定地、合格地制造機(jī)體結(jié)構(gòu)零部件考慮，針對典型的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)或結(jié)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)值的試驗(yàn)，需獲得局方批準(zhǔn)認(rèn)可，從而獲得該部位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)許用值(CCAR25.613)，用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析。

6)損傷容限評定：針對每種結(jié)構(gòu)，需要考慮制造中可接受的各類缺陷，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，從而確定各類結(jié)構(gòu)件的制造驗(yàn)收條件。研究確定使用中的損傷來源、部位、能量及大小，并按照損傷容限要求進(jìn)行5類損傷的確定和試驗(yàn)驗(yàn)證，同時要考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修理并進(jìn)行驗(yàn)證，以符合CCAR25.571條款的要求。

7)強(qiáng)度驗(yàn)證：通過典型細(xì)節(jié)、連接、壁板類、梁肋類、盒段類，以及全尺寸部件的強(qiáng)度分析、靜力試驗(yàn)、疲勞與損傷容限(考慮各類損傷)試驗(yàn)驗(yàn)證，以符合CCAR25.305、CCAR25.571條款的要求。

5 復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)試驗(yàn)規(guī)劃的研究分析

對于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件需要按照如圖5所示的積木式驗(yàn)證步驟，逐級進(jìn)行試驗(yàn)研究攻克關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)圖5所示的積木式驗(yàn)證等級劃分，試樣和元件級別的試驗(yàn)是一般試驗(yàn)件，只與材料和工藝有關(guān)，用于材料和工藝的選擇與驗(yàn)證，主要用于建立材料數(shù)據(jù)庫。而典型結(jié)構(gòu)件、組合件、部件級別的試驗(yàn)是特殊的試驗(yàn)件，與結(jié)構(gòu)件的特征密切相關(guān)，主要用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)的選擇與驗(yàn)證，所以必須根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況、結(jié)構(gòu)特征、工藝方法、制造缺陷、使用損傷、使用環(huán)境等來設(shè)計(jì)試驗(yàn)件，并進(jìn)行各種載荷與環(huán)境條件下的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證。

5.1 研發(fā)過程試驗(yàn)規(guī)劃研究分析

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的研發(fā)階段必須進(jìn)行工程研發(fā)試驗(yàn)，根據(jù)其選擇的材料類型和結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行工藝方法試驗(yàn)研究，在確定材料、工藝方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，制定相關(guān)結(jié)構(gòu)件的材料規(guī)范與工藝規(guī)范草案。在上述研究過程中，同時還要對所確定的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行支持分析方法的試驗(yàn)研究，給出各種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析方法；對各種制造缺陷、使用中的各類主要損傷進(jìn)行分析與試驗(yàn)研究，確定缺陷/損傷的擴(kuò)展特性和影響。進(jìn)行各類結(jié)構(gòu)的修理方法的研究與試驗(yàn)，確定合理可行的修理方法等。

1)材料研究：材料篩選與工藝選擇密不可分，必須一起進(jìn)行。供應(yīng)商有責(zé)任確保使用方正確掌握其所供應(yīng)材料的工藝方法。供應(yīng)商應(yīng)當(dāng)提供選定材料在其工廠設(shè)施的工藝條件下加工的性能數(shù)據(jù)，使用方要在其實(shí)際用于生產(chǎn)的工藝條件下對選定材料進(jìn)行加工和試驗(yàn)，比較兩者的數(shù)據(jù)，確保使用方的工藝條件與供應(yīng)商的工藝條件之間的一致性。

2)工藝研究：在初步確定材料工藝規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行，通過試驗(yàn)確定工藝規(guī)范中的參數(shù)，形成工藝規(guī)范，包括無損檢測規(guī)范。

3)零件制造：針對各類結(jié)構(gòu)件進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)構(gòu)型的零件成型工藝研究，需要對模具設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行研究和控制，對零件進(jìn)行熱分布測定、剖切試驗(yàn)，開展PPM工作，可按照結(jié)構(gòu)研發(fā)試驗(yàn)件的構(gòu)型進(jìn)行研究。

4)結(jié)構(gòu)件研發(fā)：結(jié)構(gòu)件構(gòu)型選擇試驗(yàn)，包括壁板(平板、曲板)、長桁、框、梁等。結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)及選擇，包括各類連接試驗(yàn)、整體化結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)等的試驗(yàn)和選擇，分析方法的研究與驗(yàn)證。

5)許用值和設(shè)計(jì)值：在工藝研究未完成之前，可先進(jìn)行一個批次的摸底試驗(yàn)，用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要考慮各種使用環(huán)境因素。當(dāng)工藝規(guī)范確定或批準(zhǔn)后，則進(jìn)行全面的許用值試驗(yàn)，用于結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。

6)損傷容限：編制復(fù)合材料的載荷譜，通過疲勞試驗(yàn)確定低載截除值。確定各類結(jié)構(gòu)件及細(xì)節(jié)的損傷特性，包括制造缺陷、沖擊損傷的引入。損傷的類型、大小、部位、能量需要通過試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析獲得，必須涵蓋使用中的各類損傷。目標(biāo)是驗(yàn)證各類結(jié)構(gòu)件的5類損傷(BVID、VID、LVID、離散源損傷、非正常損傷)和制造缺陷，提供經(jīng)過驗(yàn)證的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件驗(yàn)收技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)檢查大綱。

7)修理：選擇修理材料、修理工藝、修理設(shè)計(jì)、修理分析、修理容限，要考慮使用中的維護(hù)修理，通過修理試驗(yàn)，確定修理方法并得到驗(yàn)證。

5.2 適航驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)CCAR25部適航條款的符合性驗(yàn)證分析，針對每個條款開展適航驗(yàn)證試驗(yàn)，并遵循AC20-107B咨詢通報(bào)的要求。需要關(guān)注的是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)不能僅靠全尺寸試驗(yàn)來驗(yàn)證，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝方法規(guī)劃積木式的各級別驗(yàn)證試驗(yàn)來表明符合性。所有的適航驗(yàn)證試驗(yàn)都需要經(jīng)過局方的審批、制造符合性檢查、現(xiàn)場目擊、批準(zhǔn)過程，最終獲得條款關(guān)閉的適航批準(zhǔn)。

1)材料：編制材料規(guī)范，進(jìn)行現(xiàn)場PCD審核，編制材料規(guī)范的鑒定試驗(yàn)大綱，進(jìn)行材料預(yù)鑒定、鑒定試驗(yàn)。

2)工藝：編制工藝規(guī)范、工藝規(guī)范的驗(yàn)證試驗(yàn)大綱，進(jìn)行工藝驗(yàn)證試驗(yàn)。

3)零件制造：針對各類結(jié)構(gòu)件，進(jìn)行全尺寸零件和整體成型結(jié)構(gòu)件的試生產(chǎn)鑒定試驗(yàn)(PPV(Preproduction Verification))。

4)許用值：在工藝規(guī)范確定后進(jìn)行許用值的試驗(yàn)，需要考慮各種使用環(huán)境的影響。

5)結(jié)構(gòu)驗(yàn)證：針對各結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、典型結(jié)構(gòu)件、全尺寸結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

6)損傷容限：對每個部件所確定的5類損傷(BVID(Barely Visible Impact Damage)、VID(Visible Impact Damage)、LVID(Large Visible Impact Damage)、離散源損傷、非正常損傷)進(jìn)行驗(yàn)證，對可接受的制造缺陷進(jìn)行驗(yàn)證，與結(jié)構(gòu)驗(yàn)證同時進(jìn)行。

7)修理：對每個部件(需修理的部位)的修理方法(修理材料、修理工藝、修理設(shè)計(jì)、修理分析、修理容限)進(jìn)行驗(yàn)證后編入修理手冊，可與結(jié)構(gòu)驗(yàn)證一同進(jìn)行。對于結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、結(jié)構(gòu)件的驗(yàn)證，靜力、疲勞、損傷容限需要一起進(jìn)行，并要考慮環(huán)境影響。

6 結(jié)論

通過對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)適航要求的深刻理解和分析認(rèn)為，有充分的試驗(yàn)支持，制造過程可控，持續(xù)保持經(jīng)驗(yàn)證的構(gòu)型狀態(tài)是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性的根本保證，也是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和制造獲取局方批準(zhǔn)的重要前提。因此要充分重視復(fù)合材料的材料、工藝、設(shè)計(jì)、分析、制造、檢測、驗(yàn)證和使用維護(hù)的一體化的研制思路，統(tǒng)籌規(guī)劃各專業(yè)關(guān)于材料、工藝、設(shè)計(jì)、分析、制造、檢測、驗(yàn)證和使用維護(hù)的試驗(yàn)任務(wù)，全面按照積木式的研發(fā)試驗(yàn)和積木式的驗(yàn)證來規(guī)劃試驗(yàn)并開展研制工作。

[1] 中國民用航空總局.CCAR-25-R4中國民用航空規(guī)章第25部:運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京: 中國民用航空總局, 2011.

[2] AC 20-107B. Composite Aircraft Structure[S]. 2009,9.

[3] 牛春勻.Composite Airframe Structures[M]. 1992.

[4] 沈真.復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)耐久性/損傷容限設(shè)計(jì)指南[M].北京: 航空工業(yè)出版, 1995.12.

[5] 沈真.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，2001.11.

[6] 鄭曉玲.民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2011.11.

[7] AC 25.571-1D. Damage Tolerance and Fatigue Evaluation of Structure[S].USA: FAA, Jan.13, 2011.

Analysis and Research on the Airworthihess Compliance of Compisite Structure

ZHENG Xiaoling

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

Based on the research of the requirements of composite material, process, its structure design, analysis, manufacturing technologies, verification process, maintenance and repair, etc. give the airworthiness compliance method and test planning suggestions to provide technical support for primary composite airframe structure application in the civil aircraft.

composite; airworthiness compliance; automatic layer up; automatic manufacture; test plan

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.01.001

V221+.91

A

鄭曉玲 女，博士，研究員，副總師。主要研究方向：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的研制，耐久性與損傷容限的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證;E-mail： zhengxiaoling@comac.cc