空客A320系列飛機鯊鰭小翼復合材料結構修理質量驗證

張小波 李志歆 高賽

摘要：在進行A320系列飛機鯊鰭小翼復合材料結構修理時，根據適航法規(guī)要求采用完善的質量驗證體系，涵蓋損傷檢測與評估、修理方式分析、質量控制及驗證各個階段，并參照ASTM標準，利用隨爐樣件同袋固化的方式對維修部件的力學性能進行檢測，測試結果表明修理質量良好。

關鍵詞：A320系列飛機;鯊鰭小翼;復合材料;質量驗證;隨爐樣件

1 研究背景

南航沈陽維修基地復合材料修理項目組在對一架空客A320系列飛機鯊鰭小翼主結構區(qū)域復合材料進行修復過程中，采用完整的質量驗證體系，對修理件維修質量進行了全方位的驗證。

2 驗證體系

依據《中國民用航空規(guī)章》第25部中對運輸類飛機適航標準的規(guī)定，參考D分部中設計與構造的要求，最大程度地做到原未損結構與修理后結構的剛度匹配，所更換的修理材料盡可能地接近母體材料（見表1），從而避免重新計算構件的整體動力性能，避免結構載荷的重新分配，以滿足對變形和穩(wěn)定性的要求。

采用試驗支持的分析方法確定修理方案，利用試驗數(shù)據庫和分析來支持修理方案的設計，以保證復合材料結構經過永久性修理后具有承受設計極限載荷的能力，從而恢復到適航狀態(tài)。所使用材料滿足規(guī)章中適用性和耐久性的要求，加工工藝滿足規(guī)章中結構必須始終完好的生產要求，膠接、熱處理工藝都按照批準的工藝規(guī)范嚴格執(zhí)行。

根據部件損傷情況制定了一系列維修質量驗證方法，涵蓋了維修過程的各個環(huán)節(jié)，包括損傷檢測與評估、質量控制及驗證，以保障鯊鰭小翼的維修質量。

2.1 損傷檢測評估

部件損傷檢測評估主要包括以下兩個方面：

1） 通過敲擊檢查確定損傷的幾何性質，包括損傷類型、尺寸、形式。

2） 精準定位損傷部位，包括在部件上的位置、鄰近的其他結構元件或系統(tǒng)、鄰近的其他損傷和修理。

2.2 質量控制措施

在質量控制時，實施以下措施：

1） 對修理使用的復合材料和膠粘劑保留齊全的記錄，如在冷藏庫內的存儲的時間、加熱的時間以及取出后在車間內的時間，以保證其處于壽命期內。

2） 檢測鋪貼操作中纖維取向的正確性。

3） 對修理過程中的固化循環(huán)進行全程監(jiān)控，以保證其符合技術條件。

4） 對螺栓連接的修理，確保全部孔無損傷，測定了孔的尺寸，并對組裝后的修理部分檢測了其緊固件的安裝情況。

5） 對于本次的重要修理，采用隨爐樣件進行質量驗證。

6） 修理完成后，使用目視、敲擊、無損探傷等方式進行綜合檢測。

3 隨爐樣件測試

一般，航空復合材料結構在成型之時會有對既定材料設計具有結構表征的隨爐試件，并按照ASTM標準進行生產測試，最終用于表征產品的力學性能（拉伸、剪切、彎曲等）。因此，在進行復合材料維修結構設計的同時，參考ASTM標準（BS EN 2561和BS EN 2565），設計符合該維修方法的等價的隨爐件制作標準，使其測試結果可用于評價維修結構的力學質量。

3.1 樣件制作

利用相同批次材料、相同人員、相同工藝制作隨爐樣件，修理件和隨爐樣件同袋在相同熱壓罐中固化，使隨爐樣件和鯊鰭小翼修理的固化過程最接近，最大程度保證隨爐樣件能夠真實反映鯊鰭小翼本身的修理質量。

1） 下蒙皮修理隨爐樣件

參考BS EN 2561和BS EN 2565，制作了5個試驗樣件用于平行纖維方向的拉伸試驗。最小可接受的測試值平均為2980MPa，單值為2770MPa（參考AIMS-05-27-002B），圖1為下蒙皮平行纖維方向隨爐樣件的詳細尺寸及鋪層信息。

參考BS EN 2597和BS EN 2565，制作了10個試驗樣件用于垂直纖維方向的拉伸試驗。最小可接受的測試值平均為50MPa，單值為45MPa（參考AIMS-05-27-002B），圖2為下蒙皮垂直纖維方向隨爐樣件的詳細尺寸及鋪層信息。

2） 上蒙皮修理隨爐樣件

參考BS EN 2561和BS EN 2565，制作了5個試驗樣件用于平行纖維方向的拉伸試驗。最小可接受的測試值平均為2980MPa，單值為2770MPa（參考AIMS-05-27-002B），圖3為上蒙皮平行纖維方向隨爐樣件詳細尺寸及鋪層信息。

參考BS EN 2597和BS EN 2565，制作了10個試驗樣件用于垂直纖維方向的拉伸試驗。最小可接受的測試值平均為50MPa，單值為45MPa（參考AIMS-05-27-002B），圖4為上蒙皮垂直纖維方向隨爐樣件的詳細尺寸及鋪層信息。

3.2 隨爐樣件測試

按照BS EN 2597 Type B，對上下蒙皮試驗件進行拉伸試驗。拉伸測試結果顯示，兩塊蒙皮板的兩套共30件隨爐樣件的測試結果均符合方案的要求。試驗驗證的數(shù)據分析結果支持對鯊鰭小翼的修理設計，保證了修理有能力承受預期的載荷或具備能代替損傷鯊鰭小翼結構的功能。

4 結論

針對A320系列飛機鯊鰭小翼復合材料結構修理，采用較為完善的質量驗證體系，涵蓋了損傷檢測與評估、質量控制及驗證各個階段，并參照ASTM標準，采用隨爐樣件同袋固化的方式對維修部件的力學性能進行檢測，測試結果滿足要求。南航沈陽維修基地依靠自身實力完成了全球首例A320系列飛機鯊鰭小翼超規(guī)范修理及其質量驗證，是我國在自主研發(fā)復合材料部件力學性能測定體系和機體復合材料結構維修質量驗證體系上的一次有意義的探索。