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摘要：复合材料修理车间是飞机维修企业常见的配套车间，本文通过对车间维修工艺、维修设备、维修流程进行分析，总结出复合材料修理车间的规划设计要点，用于指导类似工程设计。
关键词：民航客机 复合材料 维修工艺
复合材料以其比重轻、强度高、刚度大的特点，在现代民航客机运用越来越多。目前，飞机上所使用的复合材料构件主要有三种形式，层压板、蜂窝夹芯结构和蜂窝壁板结构。随着复合材料技术的日趋成熟,民用飞机上复合材料航空件所占比例会越来越大。随之而来的是，在航空维修领域，复合材料维修件也将占有越来越大的比重。
1.1 复合材料在民航客机上的应用
目前，波音和空客这两个世界上顶级飞机制造商都很关注先进复合材料技术在民用飞机，特别是大型客机上的应用。从波音公司的737飞机到787飞机，从空客公司的A320系列飞机到目前世界上最大的民用飞机A380，都能够很明显地看到复合材料技术在这两家公司民用飞机上的应用情况。例如，空客A340上复合材料的用量占结构重量的8%, 波音777占11%，A380客机上的复合材料用量为其结构重量的22%。
复合材料在飞机结构中的应用情况大致可分为三个阶段. 第一阶段是应用于受载不大的简单结构件，如客舱地板，舱盖，阻力板，舵面，襟翼，副翼等；第二阶段是承力大的结构件，如安定面，机翼承力盒等；第三阶段是应用于复杂的受力部位，如机身中段，中央翼盒等。
1.2复合材料损伤的基本类型
复合材料结构的损伤和缺陷产生原因主要有三个：制造过程中产生的损伤；使用过程中产生的损伤；外部环境影响产生的损伤。飞机上复合材料的损伤大都是由地面操作不当或外来物体冲击造成的
1.3 复合材料损伤的检验方法
民航客机维修过程中，复合材料损伤的检验手段一般分为三种：目视检查、敲击检验、设备检查。
1）目视检查
目视检查主要针对诊断较为明显的硬性损伤，例如冲击损伤、分层、脱胶、裂纹、孔洞、蜂窝进水、雷击损伤、烧伤或过热损伤。
目视检查只适用于初步检查，可以确定损伤的部位，但是如果需要确定损伤的范围，则需要用其他方法进行辅助。对于光线较暗的部位或者到达性差的部位，可以借助电筒、孔探镜和放大镜等以提高检查的效果。
2）敲击检验
敲击检验也是一种常用的初级检验方法，检验工具包括硬币、木棒、尼龙棒或带有弹性手把的尼龙小锤。检验时使用上述工具轻轻叩击被检工件，通过回声的不同判断工件是否存在损伤的可能性。
敲击检验的方法对于场外小范围损伤的检验非常可行，但是由于这种方法主要依靠维修人员的经验，因此也确定不了损伤的范围，需要借助其他仪器。
3）设备检查
设备检查的手段主要应用于对复合材料损伤情况的进一步检验：对初步检查损伤部位的精确确定；对目视和敲击检查无法发现的可能存在的隐性损伤进行判断。
设备检查的手段包括：渗透探伤、超声检验、X射线检查、激光全息检验、声谐振检测、红外热波检测。根据目前各维修单位使用手段现状总结，国内民航维修业内主要使用超声检验和X射线检查。同时通过对各种手段所能检验的损伤类型分析，超声检验和X射线检查能完成的范围广，设备规模和投资也相对经济。
1.4 复合材料损伤的维修方法
民航客机复合材料维修的对象主要为舱盖、阻力板、舵面、襟翼、副翼和飞机客舱内饰件等。
在复合材料的维修过程中，主要结合厂家结构修理手册（SRM）、维修手册（AMM）、部件修理手册（CMM）进行修理。
复合材料修理原则包含三个方面：等强度维修；保证构件修理后的性能和耐久性不变；保证修理后构件增加的重量最小、气动影响最小。
根据损伤的程度，复合材料的维修方法从修理方式上可分为机械或胶粘，但是由于机械修理方式存在着结构增重较多，修理区应力较大、修理补片区影响修复区的电性能等缺点，因此复合材料维修目前较多使用胶粘修理方式。胶粘的修理方式可以提高结构刚度，减轻结构重量，无应力集中，从而提高结构寿命，并具有良好的密封性。
1.5复合材料维修工艺流程
复合材料的一般修理流程一般如下图所示：
图1 修理流程图
1.6复合材料修理车间组成
根据行业调研总结，民航客机复合材料修理车间一般包括：一般维修区域、层粘固化间、胶水混合室、清洗间、打磨抛光间、设备存放间、固化剂存放间、办公室、资料间、更衣间等。
一般维修区：进行简单的对温湿度要求不严格的维修和检测，如小范围打磨、钻孔、使用热补仪进行固化等。
层粘固化间：可兼顾调胶功能，主要进行复合材料的胶接工作，该车间需要根据固化剂的要求进行温湿度控制，可在层粘固化间中进行使用固化设备的固化工作。
清洗间：对待修待检件进行清洁。
打磨间：该房间承担较多工作，主要为待修件表面漆层的打磨以暴露待修区，对修理完成表面进行打磨抛光。
设备存放间：存放维修过程中使用的便携工具，所需要面积由维修能力决定。
固化剂存放间：该房间用于存放胶接使用的胶水等材料，可使用冰箱进行存放。
办公室、资料间：用于生产控制、工艺确定、资料查阅。
更衣间：由于复合材料修理过程中污染情况较为严重，在条件允许的情况下可设置改善工人生产环境的更衣淋浴用房。
1.7复合材料修理车间设计要点
1）工艺布局
工艺布局应当考虑复合材料的维修工艺流程，一般维修区由于既充当修理区又充当存储区，宜置中设置。各功能房间可根据所处工序位置进行设置。
各房间面积的确定主要考虑任务量、维修机型、工件尺寸、回转空间等因素。
典型的组合形式可参考如下：
图2 典型的复合材料修理车间工艺布局
2）土建设计
大门：复合材料车间中有温湿度控制的房间大门，最好为嵌入墙体的推拉自吸式大门，设计时应考虑到温湿度要求的因素，保证大门关闭的密封性。
地面：复合材料车间的地面考虑到清洁的要求，宜采用环氧地面，且厚度应该达到1.5mm以上，以保证地面被固化剂污染时打磨清洁的需要（不致裸露出水泥地面）。
打磨间噪音较大，建筑措施应当考虑隔音降噪。
3）专业设计
复合材料维修过程中对压缩空气的需求较多，主要考虑风动工具的使用，对气质没有严格要求。为满足弹性工作的需要，在详细规划车间内部区域的同时应当尽可能合理的布置压缩空气接嘴，主要原则为方便压缩空气的引用。
对于固化过程中热补仪使用所需要的真空条件，可考虑使用移动式的真空泵实现，使用效率高且节省投资。
层粘固化间、打磨间、固化剂存放间等电源插座应当考虑设置为防爆插座。
层粘固化间的环境要求主要取决于胶接的环境要求。胶接过程中，环境温度应控制在18～28℃，环境湿度应控制在30%～60%，空气中直径为5μm的尘埃粒子颗粒不得超过88个/L，胶接修理部位的温度应该比工作间的环境温度高，必要时使用烤灯或者热风机加热该部位。
层粘车间由于使用大量的固化剂，气味较重，因此全室通风需要着重考虑，也可以使用局部排风。
1.8小记
在规划民航客机维修基地的过程中，特别是维修机型考虑到A380、B787、B777等大量采用复合材料件的维修基地，应当根据维修对象和维修深度的不同，对复合材料修理车间进行合理的详细规划。
论文作者:梅宝兴1,高磊2
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/12
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