國產大飛機復合材料維修能力探究分析

李志歆 張治富 高賽

摘要：基于目前波音、空客系列飛機復合材料的發展以及南航復合材料修理的經驗和方式，對國內復合材料維修能力的建設提出相關建議，涵蓋復材維修能力建設的主要關注點、發展策略與規劃，以及運行保障體系和維修保障體系的建立，以期引發國內同行對國產大飛機復合材料維修能力體系建設的思考，助力國產大飛機復材修理事業的發展。

關鍵詞：復合材料維修;運行支持;維修體系

1 背景

《航空周刊》雜志網站2018年評選了未來20～40年內較有前景的18項航空航天技術，其中涉及材料的有兩項：金屬增材制造技術和復合材料制造技術。美國市場調查與咨詢公司在《航空復合材料市場發展趨勢報告》中指出，復合材料在航空業的應用范圍將持續擴大，正在成為民用飛機制造潮流和趨勢。

目前已投入服役的空客A350和波音787飛機的復合材料用量分別達到52%和50%，除了發動機、起落架等必須使用金屬材料的部件外，其他如機身和大翼主承力結構都已由復合材料制造，這標志著航空航天復合材料發展新的里程碑。在傳統金屬材料占主導地位的發動機本體部件上也開始廣泛使用復合材料，如配裝于波音777飛機的GE90發動機和C919飛機的Leap-X發動機的風扇機匣、風扇等發動機結構和葉片都采用了復合材料結構。C919飛機的所有操縱面、后機身后段、垂/平尾等部位均使用了碳纖維復合材料，其復合材料的應用與目前世界主力窄體機型空客A320和波音737飛機處于同一水平。計劃于2025年交付的CR929飛機的復合材料使用量將達到51%，與代表未來發展方向的主力寬體機空客A350和波音787處于同一水平。CR929飛機機身將采用復合材料加金屬結構的形式，這樣的應用方式與空客A350相似，與波音787的整體纏繞復合材料機身不同。

隨著全復材結構飛機的服役，民航飛機結構維修的重心逐漸從金屬材料向復合材料過渡，復合材料的維修能力成為了所有航空公司和結構維修商的核心競爭力，同時也正在成為制約飛機運行保障的一個新的環節和因素。因此，結合目前廣泛使用的波音737和空客A320飛機的復合材料維修市場情況，以及正在逐步投入市場的空客A350和波音787全復材飛機對復合材料維修市場的沖擊和調整，本文對這一領域進行深入探討，也為國內C919和CR929飛機運行后復合材料維修能力的建設提出建議。

2 南航復材維修能力現狀

南航沈陽維修基地隸屬于中國南方航空公司，直屬于南航機務工程部，具備空客、波音等多種機型飛機的航線維護能力，以及A320系列機型的所有級別維修能力、A330飛機C檢能力，還包括APU、IDG、反推/復合材料在內的600余項飛機部附件的翻修能力，是擁有CAAC/FAA/EASA三重維修許可的維修公司。

南航從2013年開始籌備復合材料維修項目，經過4年發展，在維修能力、關鍵技術等方面獲得了重大突破，建立了國內首個以民航復合材料維修為主的工程研發中心。目前，南航已成為國內第一家具有V2500發動機短艙復合材料部件翻修全能力的航空公司，在復合材料短艙部件修理能力和發展規模上處于國有航空維修企業領先水平。

由于國外嚴密的技術封鎖，南航復材項目在發展過程中遭遇了很多困難和瓶頸，南航積極探索解決方法，在攻關中尋求技術突破，相信這些有益的嘗試和經驗可為國產大飛機今后的維護和運行提供參考?；诋斀衩裼煤娇諒秃喜牧暇S修市場現狀和發展趨勢，南航復合材料能力建設的發展思路是：以發動機短艙等高附加值復合材料部件為主，既解決了生產實際需求，也會有豐厚的效益回報;以目前主力機型的窄體機部件和機體復合材料為輔，既提供了飛機運行保障，又打下了全復材飛機的修理基礎。

3 國產大飛機復材維修能力建設

盡管復合材料的使用使全復材飛機的整體機身疲勞和耐腐蝕性維護工作減少了60%，但并不意味著飛機后期運行保障對維修人員的要求有所降低，而諸如預浸料自動鋪帶機、熱壓罐等先進制造技術也相應提高了后期修理維護的門檻，對維修人員提出了更熟練掌握維修技能和擁有更高超技術水平的要求。這也是我國目前復合材料維修技術相對滯后、維修過程和材料體系不完善、整體處于國際民用航空維修產業鏈低端的原因。

我國復合材料維修體系的建設應考慮以下三點。

1） 考慮到目前國內復合材料維修基礎是基于波音和空客標準建立的，國產飛機項目在建立能力之初應盡量考慮與國內現有的空客和波音復合材料維護基礎和標準相融合，以減少籌建新的獨立維修體系的成本和難度，也能有效利用現有的維修體系來保障國產飛機項目的售后維修和運行。

2） 關注高附加值復合材料部件維修能力的建設。國內以復合材料部件為代表的高附加值結構部件維修能力基本處于空白，市場完全由外資或合資公司壟斷。

3） 在南航復材項目發展經驗的基礎上，我國能夠以C919飛機操作面和短艙等復合材料部件維修能力的建設為突破口，開發基礎修理工藝、材料規范等，最終建立機體高端復合材料的維修保障體系。

3.1 發展策略

民用航空工業進入了復合材料時代，在要求航空公司改善運營成本的同時，也要求維修企業必須拓展新一代飛機的維修能力或調整發展策略。目前，國際上的維修企業和航空公司從能力和成本考慮，紛紛與OEM達成合作協議，力爭搶占不斷發展的復合材料修理市場?？湛偷男戮S修聯盟目前已經擁有6家成員單位，在空客的客戶服務總收入中，60%～65%來自與維修相關業務。對于復合材料維修這類較特殊的維修項目，應借鑒代表世界民航維修業新發展趨勢的航空維修服務外包模式。

中國商飛可扶持國內航空公司或維修企業作為航空維修服務外包模式發展的合作伙伴，加大在技術、工裝設備和人員培訓等領域的合作。對于運營C919飛機的航空公司來說，維修外包不僅少占用其經濟資源，而且可使其集中力量安全經濟地保證客運和貨運等核心競爭力，也能大大減少C919飛機運行后航空公司在復材方面的維修難度。對于維修企業來說，與OEM合作，實現維修業務的外包，可以實現航材/設備共享，大大減少航材儲備，提高設備利用率，降低運營成本。

3.2 發展規劃

盡管復合材料的修理與制造工藝的基礎理論是一致的，但使用理念和操作方式卻區別很大。制造時，根據制定的模具、標準的激光裁剪和鋪設工藝，按照工藝流程和參數逐一完成步驟，即可保證產品的質量;但維修時，每次修理都要根據損傷位置、尺寸、臨近結構，對部件的功能和整體性進行評估后再設計修理方案，即使修理尺寸相同，但損傷發生在不同部位，修理方式可能完全不同。因此，建議在以下兩個方面提前籌劃。

1） 復合材料部件應在設計時就考慮其可維修性，即結合持續適航與初始適航，在設計和制造時考慮維護的便利。從C919到CR929飛機，復合材料用量的提升很大程度上依賴我國相關行業和維修專業的發展進步，這其中需要建立從設計到制造、從運行到修理維護的完整的產業鏈支持體系。

2） 將制造技術和維修工藝相結合，減少飛機運行時維修保障的壓力和難度。以C919飛機項目建立的復合材料工藝規范體系為核心，以保障C919飛機運行為牽引，以商飛客服和工程中心等為主體，將既有的制造經驗和工藝轉化為維修標準，扶持國產飛機復合材料的維修實力，既可為C919項目的運行提供保障，也可為將來CR929全復合材料飛機的制造技術、設計標準和維修提供寶貴的實際經驗和大數據支持。

3.3 運行保障體系

早在20世紀80年代中期歐洲便在正式的設計文件和維修手冊中規定了關于復合材料結構快速修補和自動化修補的詳細內容，相關參數化工藝已有成果。經驗表明，任何一項航空器的運行維護都要提前進行整體考慮和體系建設，如此才能夠避免飛機在運行后出現因某一環節短板而影響全局的局面。

國內的復合材料運行保障體系應考慮如下幾個方面。

1） 關注結構維護手冊的建立和編寫。SRM手冊與其他維護手冊的不同之處在于所有修理案例都要經過實際修理操作和驗證。應以SRM手冊為抓手，針對部分常見損傷制定修理規范并完成相應測試，提前進行研究和規劃。

2） 建立復合材料航材保障體系和維修材料使用規范，建立材料使用手冊和供應商清單，注重建立目前空客和波音系列飛機材料的替代目錄。

3） 航線是航空公司的生命線，應提早建立專門的復合材料航線應急和快速在翼修理體系和方案，減少飛機AOG情況。

4） 民用航空維修理念先后經歷了及時保障和預防性維修階段，目前國際流行的理念是引導進行預測性維修，即需要結合運行期間時限和起落等大數據監控手段，建立復合材料部件的健康監控，如飛機舵面、發動機短艙等。這些部件的壽命與發動機、起落架一樣，十分依賴后期的維護水平，建議OEM大力支持航空公司，建立復合材料部件的運行監控和評估體系，從源頭和體系上避免較大結構發生損傷的可能。

3.4 維修保障體系

航空維修，技術先行。復合材料維修技術體系亟待完善，法荷航維修工程公司和漢莎技術公司等世界領先維修企業已開始建立復合材料修理的技術體系和修理能力，研發有助于提高復雜維修、便于在翼維修以及能縮短維修周轉時間的各種新修理技術。

結合南航復材維修項目發展和我國航空復材行業發展現狀，對國內復合材料維修保障體系的建設提出幾點發展建議。

1） 以商飛為核心，深化合作，建立國內民用航空復合材料從科研到應用、從技術到工藝、從制造到維修的基礎產業鏈。

2） 整合國內維修企業、相關工程中心和高校，面向目前新型的全復合材料飛機以及C919、CR929飛機的新技術，進行轉化和開發適合復合材料維修領域的技術、材料、工藝及工裝/設備的研究。

3） 利用OEM自身的優勢支持航空公司建立工程評估和管理體系，進行科學的可控維護指導（MMG），使復合材料部件狀態可控、維修可控，進而保證運行可靠。

4） 飛機制造商應與航空公司和維修企業建立長效交流機制，讓日常維修數據和維修經驗成為大飛機項目可靠的大數據來源，并通過服務通告和適航指令等手段不斷消除不安全因素，改進飛機設計和制造水平。

5） 建立飛機運行工程技術保障體系。根據飛機運行狀態，建立復合材料航線快速搶修、一般性維修和專業維修等修理規范，提供實時、實地的技術保障機制。

6）建立飛機運行保障體系。根據C919飛機未來的運行空間區域，在國內提前布局，建立航材、備件和培訓等綜合保障中心。

作者簡介

李志歆，資深高級工程師，主要從事民用航空復合材料結構及部件的修理工作。