浅析复合材料结构件在制造符合性检查中的适航要求

■ 郭增宏/西安飞机工业(集团)有限责任公司

复合材料结构件关系到飞机的结构强度、安全可靠性和经济性，是飞机研制成功的关键因素之一。由于复合材料结构的性能和质量很大程度上取决于制造工艺，复合材料具有各向异性、对环境敏感、对低能量冲击损伤敏感、导电性差、准脆性、对疲劳不敏感、对成型工艺敏感等特征，因此对复合材料结构设计、制造工艺、检测提出了更高的要求，特别是在材料、制造、装配、质量控制和检测方面保证其制造符合性还面临很多技术瓶颈和困难，因此，如何在复合材料构件的制造中贯彻制造符合性检查的有关适航要求，从而确保产品的制造符合性，是一项必须深入研究的课题。

1 复合材料结构制造中有关制造符合性的适航法规要求

1.1 适航要求概况

《中华人民共和国民用航空器适航管理条例》中第三条规定“民用航空器的适航管理，是根据国家的有关规定，对民用航空器的设计、生产、使用和维修，实施以确保飞行安全为目的的技术鉴定和监督”。适航审查就是一种主要的“技术鉴定和监督”方法，以确保航空器符合有关适航规章和环保要求。

制造符合性检查指民用航空产品和零部件的制造、试验、安装等符合经批准的设计，是适航审查重要的一个环节。据此可知，复合材料结构的制造符合性检查就是检查和判断拟用于民用航空器上的复合材料结构的制造符合性。

与运输类飞机复合材料结构有关的制造符合性检查依据和适航要求主要包括：CCAR-21-R3《民用航空产品和零部件合格审定规定》、CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》、AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型号合格审定程序》和AC20-107B《COMPOSITE AIRCRAFT STRUCTURE》。

1.2 CCAR-21部对复合材料结构的制造符合性检查要求

CCAR-21部对复合材料构件进行制造符合性检查的主要条款，包括CCAR21.33（检查和试验要求)、21.53（制造符合性声明要求)、21.125（生产检验系统要求)和21.143（对质量控制系统及资料的要求)。

1.3 CCAR-25部对复合材料结构制造的适航要求

全球主要的运输类飞机适航标准对飞机结构制造的要求基本相同，相关的适航条款为CCAR、FAR和CS的25部605条款：

“第25.605条 制造方法

(a)采用的制造方法必须能生产出一个始终完好的结构。如果某种制造工艺（如胶接、点焊或热处理)需要严格控制才能达到此目的，则该工艺必须按照批准的工艺规范执行。

(b)飞机的每种新制造方法必须通过试验大纲予以证实。”

这一条款的核心目的是保证制造的飞机结构始终满足设计资料中强度及其他性能要求。根据本条款要求，对于需要严格控制才能稳定、一致地制造结构的制造工艺，必须建立工艺规范，并按照工艺规范进行制造；如果需要采用新的制造方法，必须通过试验验证新方法能够稳定、一致地制造飞机结构。这里的新制造方法是指制造方首次使用的工艺方法，包括对原有工艺的更改。

另外，由于复合材料的特殊性，复合材料结构的制造必须考虑材料因素，还必须符合CCAR-25部603条款：

“第25.603条 材料

零件所用材料损坏可能对安全性有不利影响的，其适用性和耐久性必须满足下列要求：

(a)建立在经验或试验的基础上；

(b)符合经批准的标准(如工业或军用标准，或技术标准规定)，保证这些材料具有设计资料中采用的强度和其他性能；

(c)考虑服役中预期的环境条件，如温度和湿度的影响。”

由于复合材料比较特殊，必须编制专门的材料规范，且经CAAC批准，所有25部的批准都是指局方批准。批准规范可以是间接的批准，通过批准图纸来批准图纸中引用的材料，也可以直接批准材料规范。材料的耐久性不是指疲劳性能，而是指其耐腐蚀、耐老化等与环境有关的特性。必须考虑温度、湿度等环境影响。复合材料制造时必须始终符合经批准的材料规范的有关要求。

1.4 AP-21-03适航管理程序对复合材料制造符合性检查的要求

AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型号合格审定程序》第7章“检查、试验、飞行试验中工程审查代表与制造检查代表的职能”，主要给出了实施制造符合性检查应遵循的程序。

1.5 AC20-107B对复合材料结构制造的适航要求

适航条例提出了复合材料飞机结构必须满足的基本原则和要求，但在实际操作中，一般遵循FAA的咨询通报AC20-107B《COMPOSITE AIRCRAFT STRUCTURE》，对复合材料结构进行适航审定验收。

AC20-107B是目前有关复合材料适航审定的一份较系统、较完整的文件，对复合材料飞机结构制定了一种FAA可以接受但非唯一的表明复合材料结构符合型号合格审定适航要求的方法，还列出了与复合材料紧密相关的设计、制造和维护方面的指导性资料。

2 复合材料结构件的制造符合性检查

通过上述适航规章、程序和咨询通告对复合材料结构件的要求分析，可对制造符合性检查要求进行如下归纳：

首先，确定制造符合性检查的范围（包括检查项目和检查工序)，这取决于申请人的质量方针政策、质量控制程序、产品的复杂程度、对飞行安全的影响、生产经验、检验人员以及生产设施、设备的能力、对供应商的控制和管理等。

其次，工程审查代表、制造检查代表应与申请人协商制定一个合适的制造符合性检查计划（CIP)，包括确定制造符合性检查项目；制定制造符合性检查日程计划表，以明确计划中的每一项制造符合性检查活动的地点、时间、检查人员、检查方式、联络方式等。在此基础上，按以下原则进行制造符合性检查。

2.1 复合材料工艺评审检查

1)文件评审检查

制造检查对工艺规范进行文件评审时的关注点为：

a. 了解工厂的复合材料工艺文件体系，评审工艺规范的管理程序。

b. 确认图纸中引用的复合材料工艺规范是否列入有效工艺规范目录清单，以保证其得到批准，防止漏项，并考虑供应商的复合材料工艺规范的管理和批准。

c. 评审复合材料工艺规范的编制内容应符合AP-21-03第7.10.2的基本要求；适用范围和引用文件是否恰当，涉及人、机、料、法、环五方面的内容是否准确，判断有无不规范、不完整的内容。

d. 检查编制的工艺规范内容与参考标准或试验依据是否协调。

e. 评审工艺规范的准确性，需要控制的工艺参数和容差是否量化，避免出现导致不同解释的内容和词句，例如，足够的、如需要、如要求、室温和定期等。

f. 申请人是否有证据表明采用此工艺能够生产出满足型号设计要求的产品。

2)工艺符合性检查

工艺符合性检查是制造检查代表依据工艺规范中给出的检验或检测方法检查按照该工艺加工的产品的符合性，目的是判断该工艺过程采用的操作方法能否始终加工出符合型号设计的产品。工艺符合性检查内容如下：

a. 检验人员资质是否满足工艺规范的要求，检验人员是否按照工艺规范中给出的检验或检测方法检验。

b. 用于检验或检测的仪器、设备的量程、精度、容量等是否满足工艺规范的要求，是否处于可控状态，是否在有效期内，是否定期校验。

c. 检验人员是否完成了工艺规范和/或图纸要求的所有检验，如无损检验、外形尺寸、表面粗糙度、厚度等，检验结果是否满足要求；评审检验记录的完整性。

d. 确认经过此工艺过程生产的产品各方面是否符合型号设计资料的要求。

e. 应特别关注工艺规范的更改、修正及判断其是否会影响完工产品的质量稳定性。

f. 对新复合材料工艺制造的零件，是否进行了首件/批零件的检验，是否进行了破坏性试验，或进行了其他工程人员要求的试验，如燃烧试验等。

3)工艺验证试验的检查

工艺验证试验是验证按照该工艺加工的产品是否符合工艺验证试验大纲的要求，是考核其工艺符合性的重要环节。可视为工艺符合性的一部分，分为文件检查和现场检查两个方面。文件检查的内容包括：

a. 检查评审申请人提交的制造符合性声明，确认申请人内部已经完成了对试验件完整的制造符合性检查、记录了检查结果并解决了发现的问题。主要检查声明的内容、偏离及其批准、签署等。

b. 检查试验大纲及其更改是否得到工程审查代表批准，试验件构型状态是否明确，试验状态更改后是否重新审批试验大纲，对试验大纲的偏离是否得到局方工程审查代表的批准。

c. 检查安装图纸、试验技术要求是否经过工程审查代表评审、批准。检查现场图纸的有效性、一致性、完整性。

d. 检查试验用软件及其安装的批准情况。

e. 检查试验件及试验装置的安装记录，包括检查安装记录、检验记录是否完整、有效，偏离文件（如更改类文件等)是否经过工程审查代表批准，不合格项的处理情况，试验装置精度/误差测试的符合性，操作、检验人员的资格等要求。

f. 必要时，评审试验单位的质量体系，现场检查与试验有关的质量体系要素，如接收检验、设备校验、人员培训及质量记录的保存等。

现场检查的内容包括：

a. 检查试验件构型状态与试验大纲或试验件清单是否一致，检查试验件最新有效构型状态，差异部分是否有工程评审认可。

b. 检查试验件状况，试验件是否有明确标识，防止误用；试验件是否有未声明的制造偏离，所用偏离应有工程评审认可/批准。

c. 检查试验件安装是否符合试验大纲和安装图纸要求，并检查安装记录。

d. 检查试验设备（含测试仪器和记录仪器)的规格、校验情况、有效期、精度等级及量程是否符合试验大纲的要求，并抽查校验报告和校验标签等。

e. 检查传感器安装、测量点位置是否符合试验大纲要求。

f. 检查试验操作、控制用软件或试验件及其他器材用的软件的编号和版次及软件安装是否与试验大纲一致。

2.2 复合材料构件生产的工艺实施符合性检查

工艺实施符合性检查的目的是确定零件生产是否按照已确定的工艺规范的规定进行操作，确保能够按照规定的生产和工艺方法持续生产出符合设计要求的产品。制造符合性现场检查主要按照工艺规范从“人、机、料、法、环”五方面开展。

1)操作人员资格是否符合工艺规范要求，检查资格证、培训情况。

2)检查加工设备、工装、仪器、仪表的型号和容量、精度和量程等是否满足工艺规范的要求，系统误差是否满足工艺规范要求。

3)确认使用的原材料（预浸料)是否符合材料规范的要求，并进行了入厂检验或复检，符合工艺规范和/或经批准的材料规范，并按工艺规范的要求进行存储。

4)检查现场所应用的各种文件的有效性，包括图纸、操作工序、工艺标准/规范、检验方法等是否得到局方评审和批准或认可。

5)检查厂房和环境是否达到工艺规范和防污染的要求，如环境温湿度、空气清洁度等。

6)检查试验件的加工情况是否与验证图纸和技术条件的要求相一致。

7)观察各项工序，其操作方法和顺序是否符合文件要求，所有工艺参数是否进行严格控制，是否完成工艺规范要求的所有操作流程，并填写了操作记录。

8)检查复合材料工艺的偏离处置是否经过审查组工程审查代表的评估和批准。

9)是否进行了相应的生产记录，所有操作人员的印章是否专人专用。

这里要特别关注“首件检验”。复合材料结构件的特殊性决定了其首件检验的重要性。首件检验的主要项目包括：图号与工卡是否符合；材料与工卡是否相符；加工过程与工卡是否一一相符；首件产品加工出来后的实际质量特征是否符合图纸或技术文件所规定的要求。

通常在下列情况下应该进行首件检验：

a .一批产品开始投产时；

b. 设备重新调整或工艺有重大变化时；

c. 轮班或操作工人变化时；

d. 材料批次发生变化时。

3 结束语

通过对复合材料结构件适航制造符合性要求的研究，可以为新型飞机的各项研究工作指明适航方向，以便飞机制造公司在资源调配方面合理安排，加速民机的研制速度。

[1]CCAR-21-R3 民用航空产品和零部件合格审定规定[S].

[2]CAR-25-R4运输类飞机适航标准[S].

[3]AP-21-AA-2011-03-R4 航空器型号合格审定程序[S].

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