国产大飞机复合材料维修能力探究分析

李志歆 张治富 高赛

摘要：基于目前波音、空客系列飞机复合材料的发展以及南航复合材料修理的经验和方式，对国内复合材料维修能力的建设提出相关建议，涵盖复材维修能力建设的主要关注点、发展策略与规划，以及运行保障体系和维修保障体系的建立，以期引发国内同行对国产大飞机复合材料维修能力体系建设的思考，助力国产大飞机复材修理事业的发展。

关键词：复合材料维修;运行支持;维修体系

1 背景

《航空周刊》杂志网站2018年评选了未来20～40年内较有前景的18项航空航天技术，其中涉及材料的有两项：金属增材制造技术和复合材料制造技术。美国市场调查与咨询公司在《航空复合材料市场发展趋势报告》中指出，复合材料在航空业的应用范围将持续扩大，正在成为民用飞机制造潮流和趋势。

目前已投入服役的空客A350和波音787飞机的复合材料用量分别达到52%和50%，除了发动机、起落架等必须使用金属材料的部件外，其他如机身和大翼主承力结构都已由复合材料制造，这标志着航空航天复合材料发展新的里程碑。在传统金属材料占主导地位的发动机本体部件上也开始广泛使用复合材料，如配装于波音777飞机的GE90发动机和C919飞机的Leap-X发动机的风扇机匣、风扇等发动机结构和叶片都采用了复合材料结构。C919飞机的所有操纵面、后机身后段、垂/平尾等部位均使用了碳纤维复合材料，其复合材料的应用与目前世界主力窄体机型空客A320和波音737飞机处于同一水平。计划于2025年交付的CR929飞机的复合材料使用量将达到51%，与代表未来发展方向的主力宽体机空客A350和波音787处于同一水平。CR929飞机机身将采用复合材料加金属结构的形式，这样的应用方式与空客A350相似，与波音787的整体缠绕复合材料机身不同。

随着全复材结构飞机的服役，民航飞机结构维修的重心逐渐从金属材料向复合材料过渡，复合材料的维修能力成为了所有航空公司和结构维修商的核心竞争力，同时也正在成为制约飞机运行保障的一个新的环节和因素。因此，结合目前广泛使用的波音737和空客A320飞机的复合材料维修市场情况，以及正在逐步投入市场的空客A350和波音787全复材飞机对复合材料维修市场的冲击和调整，本文对这一领域进行深入探讨，也为国内C919和CR929飞机运行后复合材料维修能力的建设提出建议。

2 南航复材维修能力现状

南航沈阳维修基地隶属于中国南方航空公司，直属于南航机务工程部，具备空客、波音等多种机型飞机的航线维护能力，以及A320系列机型的所有级别维修能力、A330飞机C检能力，还包括APU、IDG、反推/复合材料在内的600余项飞机部附件的翻修能力，是拥有CAAC/FAA/EASA三重维修许可的维修公司。

南航从2013年开始筹备复合材料维修项目，经过4年发展，在维修能力、关键技术等方面获得了重大突破，建立了国内首个以民航复合材料维修为主的工程研发中心。目前，南航已成为国内第一家具有V2500发动机短舱复合材料部件翻修全能力的航空公司，在复合材料短舱部件修理能力和发展规模上处于国有航空维修企业领先水平。

由于国外严密的技术封锁，南航复材项目在发展过程中遭遇了很多困难和瓶颈，南航积极探索解决方法，在攻关中寻求技术突破，相信这些有益的尝试和经验可为国产大飞机今后的维护和运行提供参考。基于当今民用航空复合材料维修市场现状和发展趋势，南航复合材料能力建设的发展思路是：以发动机短舱等高附加值复合材料部件为主，既解决了生产实际需求，也会有丰厚的效益回报;以目前主力机型的窄体机部件和机体复合材料为辅，既提供了飞机运行保障，又打下了全复材飞机的修理基础。

3 国产大飞机复材维修能力建设

尽管复合材料的使用使全复材飞机的整体机身疲劳和耐腐蚀性维护工作减少了60%，但并不意味着飞机后期运行保障对维修人员的要求有所降低，而诸如预浸料自动铺带机、热压罐等先进制造技术也相应提高了后期修理维护的门槛，对维修人员提出了更熟练掌握维修技能和拥有更高超技术水平的要求。这也是我国目前复合材料维修技术相对滞后、维修过程和材料体系不完善、整体处于国际民用航空维修产业链低端的原因。

我国复合材料维修体系的建设应考虑以下三点。

1） 考虑到目前国内复合材料维修基础是基于波音和空客标准建立的，国产飞机项目在建立能力之初应尽量考虑与国内现有的空客和波音复合材料维护基础和标准相融合，以减少筹建新的独立维修体系的成本和难度，也能有效利用现有的维修体系来保障国产飞机项目的售后维修和运行。

2） 关注高附加值复合材料部件维修能力的建设。国内以复合材料部件为代表的高附加值结构部件维修能力基本处于空白，市场完全由外资或合资公司垄断。

3） 在南航復材项目发展经验的基础上，我国能够以C919飞机操作面和短舱等复合材料部件维修能力的建设为突破口，开发基础修理工艺、材料规范等，最终建立机体高端复合材料的维修保障体系。

3.1 发展策略

民用航空工业进入了复合材料时代，在要求航空公司改善运营成本的同时，也要求维修企业必须拓展新一代飞机的维修能力或调整发展策略。目前，国际上的维修企业和航空公司从能力和成本考虑，纷纷与OEM达成合作协议，力争抢占不断发展的复合材料修理市场。空客的新维修联盟目前已经拥有6家成员单位，在空客的客户服务总收入中，60%～65%来自与维修相关业务。对于复合材料维修这类较特殊的维修项目，应借鉴代表世界民航维修业新发展趋势的航空维修服务外包模式。

中国商飞可扶持国内航空公司或维修企业作为航空维修服务外包模式发展的合作伙伴，加大在技术、工装设备和人员培训等领域的合作。对于运营C919飞机的航空公司来说，维修外包不仅少占用其经济资源，而且可使其集中力量安全经济地保证客运和货运等核心竞争力，也能大大减少C919飞机运行后航空公司在复材方面的维修难度。对于维修企业来说，与OEM合作，实现维修业务的外包，可以实现航材/设备共享，大大减少航材储备，提高设备利用率，降低运营成本。

3.2 发展规划

尽管复合材料的修理与制造工艺的基础理论是一致的，但使用理念和操作方式却区别很大。制造时，根据制定的模具、标准的激光裁剪和铺设工艺，按照工艺流程和参数逐一完成步骤，即可保证产品的质量;但维修时，每次修理都要根据损伤位置、尺寸、临近结构，对部件的功能和整体性进行评估后再设计修理方案，即使修理尺寸相同，但损伤发生在不同部位，修理方式可能完全不同。因此，建议在以下两个方面提前筹划。

1） 复合材料部件应在设计时就考虑其可维修性，即结合持续适航与初始适航，在设计和制造时考虑维护的便利。从C919到CR929飞机，复合材料用量的提升很大程度上依赖我国相关行业和维修专业的发展进步，这其中需要建立从设计到制造、从运行到修理维护的完整的产业链支持体系。

2） 将制造技术和维修工艺相结合，减少飞机运行时维修保障的压力和难度。以C919飞机项目建立的复合材料工艺规范体系为核心，以保障C919飞机运行为牵引，以商飞客服和工程中心等为主体，将既有的制造经验和工艺转化为维修标准，扶持国产飞机复合材料的维修实力，既可为C919项目的运行提供保障，也可为将来CR929全复合材料飞机的制造技术、设计标准和维修提供宝贵的实际经验和大数据支持。

3.3 运行保障体系

早在20世纪80年代中期欧洲便在正式的设计文件和维修手册中规定了关于复合材料结构快速修补和自动化修补的详细内容，相关参数化工艺已有成果。经验表明，任何一项航空器的运行维护都要提前进行整体考虑和体系建设，如此才能够避免飞机在运行后出现因某一环节短板而影响全局的局面。

国内的复合材料运行保障体系应考虑如下几个方面。

1） 关注结构维护手册的建立和编写。SRM手册与其他维护手册的不同之处在于所有修理案例都要经过实际修理操作和验证。应以SRM手册为抓手，针對部分常见损伤制定修理规范并完成相应测试，提前进行研究和规划。

2） 建立复合材料航材保障体系和维修材料使用规范，建立材料使用手册和供应商清单，注重建立目前空客和波音系列飞机材料的替代目录。

3） 航线是航空公司的生命线，应提早建立专门的复合材料航线应急和快速在翼修理体系和方案，减少飞机AOG情况。

4） 民用航空维修理念先后经历了及时保障和预防性维修阶段，目前国际流行的理念是引导进行预测性维修，即需要结合运行期间时限和起落等大数据监控手段，建立复合材料部件的健康监控，如飞机舵面、发动机短舱等。这些部件的寿命与发动机、起落架一样，十分依赖后期的维护水平，建议OEM大力支持航空公司，建立复合材料部件的运行监控和评估体系，从源头和体系上避免较大结构发生损伤的可能。

3.4 维修保障体系

航空维修，技术先行。复合材料维修技术体系亟待完善，法荷航维修工程公司和汉莎技术公司等世界领先维修企业已开始建立复合材料修理的技术体系和修理能力，研发有助于提高复杂维修、便于在翼维修以及能缩短维修周转时间的各种新修理技术。

结合南航复材维修项目发展和我国航空复材行业发展现状，对国内复合材料维修保障体系的建设提出几点发展建议。

1） 以商飞为核心，深化合作，建立国内民用航空复合材料从科研到应用、从技术到工艺、从制造到维修的基础产业链。

2） 整合国内维修企业、相关工程中心和高校，面向目前新型的全复合材料飞机以及C919、CR929飞机的新技术，进行转化和开发适合复合材料维修领域的技术、材料、工艺及工装/设备的研究。

3） 利用OEM自身的优势支持航空公司建立工程评估和管理体系，进行科学的可控维护指导（MMG），使复合材料部件状态可控、维修可控，进而保证运行可靠。

4） 飞机制造商应与航空公司和维修企业建立长效交流机制，让日常维修数据和维修经验成为大飞机项目可靠的大数据来源，并通过服务通告和适航指令等手段不断消除不安全因素，改进飞机设计和制造水平。

5） 建立飞机运行工程技术保障体系。根据飞机运行状态，建立复合材料航线快速抢修、一般性维修和专业维修等修理规范，提供实时、实地的技术保障机制。

6）建立飞机运行保障体系。根据C919飞机未来的运行空间区域，在国内提前布局，建立航材、备件和培训等综合保障中心。

作者简介

李志歆，资深高级工程师，主要从事民用航空复合材料结构及部件的修理工作。