飛機復合材料結(jié)構(gòu)在位修理環(huán)境控制方法

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摘要：在深入解讀波音787、空客A350飛機修理手冊不離位（以下統(tǒng)稱在位）修理相關(guān)章節(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合波音787大翼復合材料結(jié)構(gòu)某類修理工作，研究開發(fā)出一種用于民用飛機復合材料結(jié)構(gòu)在位修理環(huán)境控制的方法。該方法經(jīng)過多次修理驗證有效，較好地滿足了波音787復合材料結(jié)構(gòu)在位修理工藝要求。

關(guān)鍵詞：飛機復合材料結(jié)構(gòu)；在位修理；環(huán)境控制方法；溫度；濕度；空氣懸浮粒子濃度

引言

現(xiàn)代新型民用飛機如波音787、空客A350廣泛采用復合材料來設(shè)計飛機機體結(jié)構(gòu)，其用量已超過整機質(zhì)量的50%（見圖1、圖2）。兩大機型的重要結(jié)構(gòu)如機身蒙皮、大翼翼盒（wingbox）、水平安定面主扭力盒（maintorquebox）等均使用了復合材料。隨著波音787、空客A350投入運營時間的增加，飛機復合材料結(jié)構(gòu)損傷修理日益增多。一旦復合材料結(jié)構(gòu)在航線運營過程中受損，必須考慮在位修理問題。重要結(jié)構(gòu)修理對環(huán)境要求很高，但波音、空客飛機的復合材料在位修理只在修理手冊里提供了技術(shù)指標，沒有提供操作性強的方法，這給各航空公司造成了極大困擾。本文結(jié)合波音787大翼復合材料結(jié)構(gòu)某類修理工作的需要，研究開發(fā)了一種用于民用飛機復合材料結(jié)構(gòu)在位修理環(huán)境控制方法，可有效控制飛機復合材料結(jié)構(gòu)在位修理的環(huán)境，較好地提高了復合材料結(jié)構(gòu)的修理質(zhì)量。

1民用飛機復合材料結(jié)構(gòu)在位修理環(huán)境控制方法的現(xiàn)狀

波音787、空客A350復合材料結(jié)構(gòu)使用的部位及修理方式與老一代機型不同，老一代機型中復合材料為次要結(jié)構(gòu)，其受損不會嚴重影響飛機安全運行，而新機型中復合材料已在重要結(jié)構(gòu)上使用，其受損可能影響甚至危及飛行安全。在修理方式上，老一代機型的復合材料結(jié)構(gòu)多可拆卸，可以離位[1]送到車間潔凈室進行修理，而波音787、空客A350復合材料結(jié)構(gòu)多為整體成型，大部分不可拆下修理。在民用飛機復合材料結(jié)構(gòu)修理中，合理的修理環(huán)境對修理質(zhì)量的影響非常大，修理環(huán)境中的溫度、濕度以及空氣懸浮粒子濃度會影響復合材料結(jié)構(gòu)修理后的力學強度，如果這三項指標達不到要求，修理區(qū)域復合材料補強件就不能恢復結(jié)構(gòu)損失的承載能力，修理質(zhì)量也就達不到適航要求的標準。尤其是，波音787、空客A350在重要結(jié)構(gòu)上使用復合材料，如果修理環(huán)境達不到工藝要求，導致的修理質(zhì)量問題可能影響甚至危及飛行安全。民用飛機復合材料結(jié)構(gòu)修理位置的復雜性給復合材料結(jié)構(gòu)在位修理環(huán)境控制方法的研究增加了困難?？v觀國內(nèi)外民用飛機維修行業(yè)，復合材料結(jié)構(gòu)在位修理環(huán)境控制方法均處于探索階段，未見提出有效的控制方法和控制手段。

2民用飛機復合材料結(jié)構(gòu)修理環(huán)境工藝要求

目前，民用飛機結(jié)構(gòu)修理手冊（SRM）給出了復合材料結(jié)構(gòu)鋪層修理區(qū)（包括潔凈室和潔凈區(qū)）關(guān)于環(huán)境工藝的基本要求[2-4]，但未提供操作性強的復合材料結(jié)構(gòu)在位修理環(huán)境控制的方法。例如，波音787修理手冊中關(guān)于復合材料結(jié)構(gòu)鋪層修理區(qū)的環(huán)境工藝基本要求為：溫度4℃～32℃，相對濕度<65%，空氣懸浮粒子濃度為直徑>0.5μm、顆粒數(shù)<400000/ft3，如圖3所示。又如，空客A350修理手冊中關(guān)于復合材料結(jié)構(gòu)鋪層修理區(qū)的環(huán)境工藝基本要求為：使用兩種特殊環(huán)氧碳纖維預浸料（件號HexPlyM20/34%/194/IM7-12K和HexPlyM20/34%/134/IM7-12K）時，溫度18℃～27℃，相對濕度20%～70%，空氣懸浮粒子濃度為直徑>5μm、顆粒數(shù)<29300/m3[5]，如圖4所示；使用其他修理材料時，溫度18℃～30℃，相對濕度<75%。民用飛機復合材料結(jié)構(gòu)維修實踐證明，對于離位修理，要滿足以上環(huán)境工藝指標較為容易，而對于在位修理，要滿足以上環(huán)境工藝指標較為復雜。2019年1月起，廣州飛機維修工程有限公司需要執(zhí)行一架波音787大翼復合材料結(jié)構(gòu)某類修理工作[6]，該類工作需要在機庫環(huán)境中在位修理。為了保障飛機維修質(zhì)量，需要開發(fā)適合于波音787大翼復合材料結(jié)構(gòu)在位修理的環(huán)境控制方法。

3環(huán)境控制方法概述

3.1環(huán)境控制裝置的組成

本文中環(huán)境控制方法研究的核心是開發(fā)了一種可控制飛機復合材料結(jié)構(gòu)在位修理環(huán)境工藝的裝置，如圖5所示，該裝置的組成如下：1-溫度、濕度控制組件，包括移動空調(diào)機、除濕機和通風管附件等；2-空氣凈化組件，包括抽氣組件、送風組件、高效空氣過濾芯和通風管附件等；3-密閉式隔離罩組件，包括充氣式四面拱形透明塑料帳篷、充氣泵和通風管附件等；4-測量儀表組件，包括空氣懸浮粒子計數(shù)儀、溫濕度表。另外，在帳篷的兩個對邊留有開口，一個用于輸送鮮風，一個用于排風和人員出入；在帳篷的正下方留空并設(shè)置裙邊，以便接近修理位置、下方固定密封。

3.2環(huán)境控制裝置的基本操作方法

本文中環(huán)境控制裝置的基本操作方法為：在需要執(zhí)行在位修理的飛機復合材料結(jié)構(gòu)區(qū)域，如波音787大翼上部，使用充氣式四面拱形帳篷搭建一個密閉隔離空間；通過移動空調(diào)組件，經(jīng)過高效空氣過濾器，向帳篷內(nèi)輸送干凈的、溫度和濕度達標的空氣；啟動抽氣、送風組件，使帳篷內(nèi)形成鮮風正壓，搭建一個密閉式潔凈區(qū)；通風一段時間后測量帳篷內(nèi)的環(huán)境工藝指標合格，修理員即可進入帳篷內(nèi)開始修理工作；保持控制裝置持續(xù)運作至工作結(jié)束，從而保證潔凈區(qū)的環(huán)境滿足飛機修理手冊的要求。

3.3環(huán)境控制方法的應(yīng)用

本文中的環(huán)境控制方法經(jīng)過地面調(diào)試后，已成功應(yīng)用于多架波音787飛機大翼上部復合材料結(jié)構(gòu)在位修理工作。環(huán)境工藝指標（溫度、濕度、空氣懸浮粒子濃度）和持續(xù)工作時間均滿足波音787結(jié)構(gòu)修理手冊（SRM）的要求，如圖6、圖7所示。表1列出了3架波音787大翼上部在位修理環(huán)境工藝數(shù)據(jù)統(tǒng)計。其中，標準值是指飛機修理手冊規(guī)定的數(shù)據(jù)，潔凈區(qū)外是指密閉式隔離罩外部，潔凈區(qū)內(nèi)是指密閉式隔離罩內(nèi)部。從表1可以看出，該控制方法明顯降低了潔凈區(qū)內(nèi)的空氣相對濕度和空氣懸浮粒子濃度，完全達到了修理手冊規(guī)定的環(huán)境工藝指標。

4結(jié)論

本文給出的環(huán)境控制方法能夠有效控制波音787大翼復合材料在位修理的環(huán)境工藝指標，從而較好地提高了飛機復合材料結(jié)構(gòu)在位修理質(zhì)量。另外，通過改變密閉式隔離罩組件的構(gòu)型，該方法也可以應(yīng)用于波音787大翼之外其他區(qū)域的復合材料結(jié)構(gòu)修理（在位或離位）中，如波音787、空客A350的機身蒙皮、水平安定面主扭力盒等。

參考文獻

[1]CAACCCAR-145-R3中國民用航空局.民用航空器維修單位合格審定規(guī)定[S/OL].145.19，2005-09-27.

作者：劉愛平 林仁偉 陳壁茂 單位：廣州飛機維修工程有限公司