淺析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件在制造符合性檢查中的適航要求

■ 郭增宏/西安飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件關(guān)系到飛機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性，是飛機(jī)研制成功的關(guān)鍵因素之一。由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的性能和質(zhì)量很大程度上取決于制造工藝，復(fù)合材料具有各向異性、對(duì)環(huán)境敏感、對(duì)低能量沖擊損傷敏感、導(dǎo)電性差、準(zhǔn)脆性、對(duì)疲勞不敏感、對(duì)成型工藝敏感等特征，因此對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝、檢測(cè)提出了更高的要求，特別是在材料、制造、裝配、質(zhì)量控制和檢測(cè)方面保證其制造符合性還面臨很多技術(shù)瓶頸和困難，因此，如何在復(fù)合材料構(gòu)件的制造中貫徹制造符合性檢查的有關(guān)適航要求，從而確保產(chǎn)品的制造符合性，是一項(xiàng)必須深入研究的課題。

1 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造中有關(guān)制造符合性的適航法規(guī)要求

1.1 適航要求概況

《中華人民共和國(guó)民用航空器適航管理?xiàng)l例》中第三條規(guī)定“民用航空器的適航管理，是根據(jù)國(guó)家的有關(guān)規(guī)定，對(duì)民用航空器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和維修，實(shí)施以確保飛行安全為目的的技術(shù)鑒定和監(jiān)督”。適航審查就是一種主要的“技術(shù)鑒定和監(jiān)督”方法，以確保航空器符合有關(guān)適航規(guī)章和環(huán)保要求。

制造符合性檢查指民用航空產(chǎn)品和零部件的制造、試驗(yàn)、安裝等符合經(jīng)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，是適航審查重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。據(jù)此可知，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造符合性。

與運(yùn)輸類飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有關(guān)的制造符合性檢查依據(jù)和適航要求主要包括：CCAR-21-R3《民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定》、CCAR-25-R4《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》、AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型號(hào)合格審定程序》和AC20-107B《COMPOSITE AIRCRAFT STRUCTURE》。

1.2 CCAR-21部對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造符合性檢查要求

CCAR-21部對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件進(jìn)行制造符合性檢查的主要條款，包括CCAR21.33（檢查和試驗(yàn)要求)、21.53（制造符合性聲明要求)、21.125（生產(chǎn)檢驗(yàn)系統(tǒng)要求)和21.143（對(duì)質(zhì)量控制系統(tǒng)及資料的要求)。

1.3 CCAR-25部對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造的適航要求

全球主要的運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)制造的要求基本相同，相關(guān)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(chǎn)出一個(gè)始終完好的結(jié)構(gòu)。如果某種制造工藝（如膠接、點(diǎn)焊或熱處理)需要嚴(yán)格控制才能達(dá)到此目的，則該工藝必須按照批準(zhǔn)的工藝規(guī)范執(zhí)行。

(b)飛機(jī)的每種新制造方法必須通過(guò)試驗(yàn)大綱予以證實(shí)?！?/p>

這一條款的核心目的是保證制造的飛機(jī)結(jié)構(gòu)始終滿足設(shè)計(jì)資料中強(qiáng)度及其他性能要求。根據(jù)本條款要求，對(duì)于需要嚴(yán)格控制才能穩(wěn)定、一致地制造結(jié)構(gòu)的制造工藝，必須建立工藝規(guī)范，并按照工藝規(guī)范進(jìn)行制造；如果需要采用新的制造方法，必須通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證新方法能夠穩(wěn)定、一致地制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)。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(duì)原有工藝的更改。

另外，由于復(fù)合材料的特殊性，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(duì)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(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)的基礎(chǔ)上；

(b)符合經(jīng)批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)(如工業(yè)或軍用標(biāo)準(zhǔn)，或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定)，保證這些材料具有設(shè)計(jì)資料中采用的強(qiáng)度和其他性能；

(c)考慮服役中預(yù)期的環(huán)境條件，如溫度和濕度的影響?！?/p>

由于復(fù)合材料比較特殊，必須編制專門的材料規(guī)范，且經(jīng)CAAC批準(zhǔn)，所有25部的批準(zhǔn)都是指局方批準(zhǔn)。批準(zhǔn)規(guī)范可以是間接的批準(zhǔn)，通過(guò)批準(zhǔn)圖紙來(lái)批準(zhǔn)圖紙中引用的材料，也可以直接批準(zhǔn)材料規(guī)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(huán)境有關(guān)的特性。必須考慮溫度、濕度等環(huán)境影響。復(fù)合材料制造時(shí)必須始終符合經(jīng)批準(zhǔn)的材料規(guī)范的有關(guān)要求。

1.4 AP-21-03適航管理程序?qū)?fù)合材料制造符合性檢查的要求

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

1.5 AC20-107B對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造的適航要求

適航條例提出了復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)必須滿足的基本原則和要求，但在實(shí)際操作中，一般遵循FAA的咨詢通報(bào)AC20-107B《COMPOSITE AIRCRAFT STRUCTURE》，對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行適航審定驗(yàn)收。

AC20-107B是目前有關(guān)復(fù)合材料適航審定的一份較系統(tǒng)、較完整的文件，對(duì)復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)制定了一種FAA可以接受但非唯一的表明復(fù)合材料結(jié)構(gòu)符合型號(hào)合格審定適航要求的方法，還列出了與復(fù)合材料緊密相關(guān)的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)方面的指導(dǎo)性資料。

2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的制造符合性檢查

通過(guò)上述適航規(guī)章、程序和咨詢通告對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的要求分析，可對(duì)制造符合性檢查要求進(jìn)行如下歸納：

首先，確定制造符合性檢查的范圍（包括檢查項(xiàng)目和檢查工序)，這取決于申請(qǐng)人的質(zhì)量方針政策、質(zhì)量控制程序、產(chǎn)品的復(fù)雜程度、對(duì)飛行安全的影響、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、檢驗(yàn)人員以及生產(chǎn)設(shè)施、設(shè)備的能力、對(duì)供應(yīng)商的控制和管理等。

其次，工程審查代表、制造檢查代表應(yīng)與申請(qǐng)人協(xié)商制定一個(gè)合適的制造符合性檢查計(jì)劃（CIP)，包括確定制造符合性檢查項(xiàng)目；制定制造符合性檢查日程計(jì)劃表，以明確計(jì)劃中的每一項(xiàng)制造符合性檢查活動(dòng)的地點(diǎn)、時(shí)間、檢查人員、檢查方式、聯(lián)絡(luò)方式等。在此基礎(chǔ)上，按以下原則進(jìn)行制造符合性檢查。

2.1 復(fù)合材料工藝評(píng)審檢查

1)文件評(píng)審檢查

制造檢查對(duì)工藝規(guī)范進(jìn)行文件評(píng)審時(shí)的關(guān)注點(diǎn)為：

a. 了解工廠的復(fù)合材料工藝文件體系，評(píng)審工藝規(guī)范的管理程序。

b. 確認(rèn)圖紙中引用的復(fù)合材料工藝規(guī)范是否列入有效工藝規(guī)范目錄清單，以保證其得到批準(zhǔn)，防止漏項(xiàng)，并考慮供應(yīng)商的復(fù)合材料工藝規(guī)范的管理和批準(zhǔn)。

c. 評(píng)審復(fù)合材料工藝規(guī)范的編制內(nèi)容應(yīng)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(dāng)，涉及人、機(jī)、料、法、環(huán)五方面的內(nèi)容是否準(zhǔn)確，判斷有無(wú)不規(guī)范、不完整的內(nèi)容。

d. 檢查編制的工藝規(guī)范內(nèi)容與參考標(biāo)準(zhǔn)或試驗(yàn)依據(jù)是否協(xié)調(diào)。

e. 評(píng)審工藝規(guī)范的準(zhǔn)確性，需要控制的工藝參數(shù)和容差是否量化，避免出現(xiàn)導(dǎo)致不同解釋的內(nèi)容和詞句，例如，足夠的、如需要、如要求、室溫和定期等。

f. 申請(qǐng)人是否有證據(jù)表明采用此工藝能夠生產(chǎn)出滿足型號(hào)設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)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(jù)工藝規(guī)范中給出的檢驗(yàn)或檢測(cè)方法檢查按照該工藝加工的產(chǎn)品的符合性，目的是判斷該工藝過(guò)程采用的操作方法能否始終加工出符合型號(hào)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。工藝符合性檢查內(nèi)容如下：

a. 檢驗(yàn)人員資質(zhì)是否滿足工藝規(guī)范的要求，檢驗(yàn)人員是否按照工藝規(guī)范中給出的檢驗(yàn)或檢測(cè)方法檢驗(yàn)。

b. 用于檢驗(yàn)或檢測(cè)的儀器、設(shè)備的量程、精度、容量等是否滿足工藝規(guī)范的要求，是否處于可控狀態(tài)，是否在有效期內(nèi)，是否定期校驗(yàn)。

c. 檢驗(yàn)人員是否完成了工藝規(guī)范和/或圖紙要求的所有檢驗(yàn)，如無(wú)損檢驗(yàn)、外形尺寸、表面粗糙度、厚度等，檢驗(yàn)結(jié)果是否滿足要求；評(píng)審檢驗(yàn)記錄的完整性。

d. 確認(rèn)經(jīng)過(guò)此工藝過(guò)程生產(chǎn)的產(chǎn)品各方面是否符合型號(hào)設(shè)計(jì)資料的要求。

e. 應(yīng)特別關(guān)注工藝規(guī)范的更改、修正及判斷其是否會(huì)影響完工產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

f. 對(duì)新復(fù)合材料工藝制造的零件，是否進(jìn)行了首件/批零件的檢驗(yàn)，是否進(jìn)行了破壞性試驗(yàn)，或進(jìn)行了其他工程人員要求的試驗(yàn)，如燃燒試驗(yàn)等。

3)工藝驗(yàn)證試驗(yàn)的檢查

工藝驗(yàn)證試驗(yàn)是驗(yàn)證按照該工藝加工的產(chǎn)品是否符合工藝驗(yàn)證試驗(yàn)大綱的要求，是考核其工藝符合性的重要環(huán)節(jié)。可視為工藝符合性的一部分，分為文件檢查和現(xiàn)場(chǎng)檢查兩個(gè)方面。文件檢查的內(nèi)容包括：

a. 檢查評(píng)審申請(qǐng)人提交的制造符合性聲明，確認(rèn)申請(qǐng)人內(nèi)部已經(jīng)完成了對(duì)試驗(yàn)件完整的制造符合性檢查、記錄了檢查結(jié)果并解決了發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。主要檢查聲明的內(nèi)容、偏離及其批準(zhǔn)、簽署等。

b. 檢查試驗(yàn)大綱及其更改是否得到工程審查代表批準(zhǔn)，試驗(yàn)件構(gòu)型狀態(tài)是否明確，試驗(yàn)狀態(tài)更改后是否重新審批試驗(yàn)大綱，對(duì)試驗(yàn)大綱的偏離是否得到局方工程審查代表的批準(zhǔn)。

c. 檢查安裝圖紙、試驗(yàn)技術(shù)要求是否經(jīng)過(guò)工程審查代表評(píng)審、批準(zhǔn)。檢查現(xiàn)場(chǎng)圖紙的有效性、一致性、完整性。

d. 檢查試驗(yàn)用軟件及其安裝的批準(zhǔn)情況。

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

f. 必要時(shí)，評(píng)審試驗(yàn)單位的質(zhì)量體系，現(xiàn)場(chǎng)檢查與試驗(yàn)有關(guān)的質(zhì)量體系要素，如接收檢驗(yàn)、設(shè)備校驗(yàn)、人員培訓(xùn)及質(zhì)量記錄的保存等。

現(xiàn)場(chǎng)檢查的內(nèi)容包括：

a. 檢查試驗(yàn)件構(gòu)型狀態(tài)與試驗(yàn)大綱或試驗(yàn)件清單是否一致，檢查試驗(yàn)件最新有效構(gòu)型狀態(tài)，差異部分是否有工程評(píng)審認(rèn)可。

b. 檢查試驗(yàn)件狀況，試驗(yàn)件是否有明確標(biāo)識(shí)，防止誤用；試驗(yàn)件是否有未聲明的制造偏離，所用偏離應(yīng)有工程評(píng)審認(rèn)可/批準(zhǔn)。

c. 檢查試驗(yàn)件安裝是否符合試驗(yàn)大綱和安裝圖紙要求，并檢查安裝記錄。

d. 檢查試驗(yàn)設(shè)備（含測(cè)試儀器和記錄儀器)的規(guī)格、校驗(yàn)情況、有效期、精度等級(jí)及量程是否符合試驗(yàn)大綱的要求，并抽查校驗(yàn)報(bào)告和校驗(yàn)標(biāo)簽等。

e. 檢查傳感器安裝、測(cè)量點(diǎn)位置是否符合試驗(yàn)大綱要求。

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

2.2 復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)的工藝實(shí)施符合性檢查

工藝實(shí)施符合性檢查的目的是確定零件生產(chǎn)是否按照已確定的工藝規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行操作，確保能夠按照規(guī)定的生產(chǎn)和工藝方法持續(xù)生產(chǎn)出符合設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品。制造符合性現(xiàn)場(chǎng)檢查主要按照工藝規(guī)范從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五方面開展。

1)操作人員資格是否符合工藝規(guī)范要求，檢查資格證、培訓(xùn)情況。

2)檢查加工設(shè)備、工裝、儀器、儀表的型號(hào)和容量、精度和量程等是否滿足工藝規(guī)范的要求，系統(tǒng)誤差是否滿足工藝規(guī)范要求。

3)確認(rèn)使用的原材料（預(yù)浸料)是否符合材料規(guī)范的要求，并進(jìn)行了入廠檢驗(yàn)或復(fù)檢，符合工藝規(guī)范和/或經(jīng)批準(zhǔn)的材料規(guī)范，并按工藝規(guī)范的要求進(jìn)行存儲(chǔ)。

4)檢查現(xiàn)場(chǎng)所應(yīng)用的各種文件的有效性，包括圖紙、操作工序、工藝標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范、檢驗(yàn)方法等是否得到局方評(píng)審和批準(zhǔn)或認(rèn)可。

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

6)檢查試驗(yàn)件的加工情況是否與驗(yàn)證圖紙和技術(shù)條件的要求相一致。

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

8)檢查復(fù)合材料工藝的偏離處置是否經(jīng)過(guò)審查組工程審查代表的評(píng)估和批準(zhǔn)。

9)是否進(jìn)行了相應(yīng)的生產(chǎn)記錄，所有操作人員的印章是否專人專用。

這里要特別關(guān)注“首件檢驗(yàn)”。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的特殊性決定了其首件檢驗(yàn)的重要性。首件檢驗(yàn)的主要項(xiàng)目包括：圖號(hào)與工卡是否符合；材料與工卡是否相符；加工過(guò)程與工卡是否一一相符；首件產(chǎn)品加工出來(lái)后的實(shí)際質(zhì)量特征是否符合圖紙或技術(shù)文件所規(guī)定的要求。

通常在下列情況下應(yīng)該進(jìn)行首件檢驗(yàn)：

a .一批產(chǎn)品開始投產(chǎn)時(shí)；

b. 設(shè)備重新調(diào)整或工藝有重大變化時(shí)；

c. 輪班或操作工人變化時(shí)；

d. 材料批次發(fā)生變化時(shí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件適航制造符合性要求的研究，可以為新型飛機(jī)的各項(xiàng)研究工作指明適航方向，以便飛機(jī)制造公司在資源調(diào)配方面合理安排，加速民機(jī)的研制速度。

[1]CCAR-21-R3 民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定[S].

[2]CAR-25-R4運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].

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

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