空客A320系列飞机鲨鳍小翼复合材料结构修理质量验证

张小波 李志歆 高赛

摘要：在进行A320系列飞机鲨鳍小翼复合材料结构修理时，根据适航法规要求采用完善的质量验证体系，涵盖损伤检测与评估、修理方式分析、质量控制及验证各个阶段，并参照ASTM标准，利用随炉样件同袋固化的方式对维修部件的力学性能进行检测，测试结果表明修理质量良好。

关键词：A320系列飞机;鲨鳍小翼;复合材料;质量验证;随炉样件

1 研究背景

南航沈阳维修基地复合材料修理项目组在对一架空客A320系列飞机鲨鳍小翼主结构区域复合材料进行修复过程中，采用完整的质量验证体系，对修理件维修质量进行了全方位的验证。

2 验证体系

依据《中国民用航空规章》第25部中对运输类飞机适航标准的规定，参考D分部中设计与构造的要求，最大程度地做到原未损结构与修理后结构的刚度匹配，所更换的修理材料尽可能地接近母体材料（见表1），从而避免重新计算构件的整体动力性能，避免结构载荷的重新分配，以满足对变形和稳定性的要求。

采用试验支持的分析方法确定修理方案，利用试验数据库和分析来支持修理方案的设计，以保证复合材料结构经过永久性修理后具有承受设计极限载荷的能力，从而恢复到适航状态。所使用材料满足规章中适用性和耐久性的要求，加工工艺满足规章中结构必须始终完好的生产要求，胶接、热处理工艺都按照批准的工艺规范严格执行。

根据部件损伤情况制定了一系列维修质量验证方法，涵盖了维修过程的各个环节，包括损伤检测与评估、质量控制及验证，以保障鲨鳍小翼的维修质量。

2.1 损伤检测评估

部件损伤检测评估主要包括以下两个方面：

1） 通过敲击检查确定损伤的几何性质，包括损伤类型、尺寸、形式。

2） 精准定位损伤部位，包括在部件上的位置、邻近的其他结构元件或系统、邻近的其他损伤和修理。

2.2 质量控制措施

在质量控制时，实施以下措施：

1） 对修理使用的复合材料和胶粘剂保留齐全的记录，如在冷藏库内的存储的时间、加热的时间以及取出后在车间内的时间，以保证其处于寿命期内。

2） 检测铺贴操作中纤维取向的正确性。

3） 对修理过程中的固化循环进行全程监控，以保证其符合技术条件。

4） 对螺栓连接的修理，确保全部孔无损伤，测定了孔的尺寸，并对组装后的修理部分检测了其紧固件的安装情况。

5） 对于本次的重要修理，采用随炉样件进行质量验证。

6） 修理完成后，使用目视、敲击、无损探伤等方式进行综合检测。

3 随炉样件测试

一般，航空复合材料结构在成型之时会有对既定材料设计具有结构表征的随炉试件，并按照ASTM标准进行生产测试，最终用于表征产品的力学性能（拉伸、剪切、弯曲等）。因此，在进行复合材料维修结构设计的同时，参考ASTM标准（BS EN 2561和BS EN 2565），设计符合该维修方法的等价的随炉件制作标准，使其测试结果可用于评价维修结构的力学质量。

3.1 样件制作

利用相同批次材料、相同人员、相同工艺制作随炉样件，修理件和随炉样件同袋在相同热压罐中固化，使随炉样件和鲨鳍小翼修理的固化过程最接近，最大程度保证随炉样件能够真实反映鲨鳍小翼本身的修理质量。

1） 下蒙皮修理随炉样件

参考BS EN 2561和BS EN 2565，制作了5个试验样件用于平行纤维方向的拉伸试验。最小可接受的测试值平均为2980MPa，单值为2770MPa（参考AIMS-05-27-002B），图1为下蒙皮平行纤维方向随炉样件的详细尺寸及铺层信息。

参考BS EN 2597和BS EN 2565，制作了10个试验样件用于垂直纤维方向的拉伸试验。最小可接受的测试值平均为50MPa，单值为45MPa（参考AIMS-05-27-002B），图2为下蒙皮垂直纤维方向随炉样件的详细尺寸及铺层信息。

2） 上蒙皮修理随炉样件

参考BS EN 2561和BS EN 2565，制作了5个试验样件用于平行纤维方向的拉伸试验。最小可接受的测试值平均为2980MPa，单值为2770MPa（参考AIMS-05-27-002B），图3为上蒙皮平行纤维方向随炉样件详细尺寸及铺层信息。

参考BS EN 2597和BS EN 2565，制作了10个试验样件用于垂直纤维方向的拉伸试验。最小可接受的测试值平均为50MPa，单值为45MPa（参考AIMS-05-27-002B），图4为上蒙皮垂直纤维方向随炉样件的详细尺寸及铺层信息。

3.2 随炉样件测试

按照BS EN 2597 Type B，对上下蒙皮试验件进行拉伸试验。拉伸测试结果显示，两块蒙皮板的两套共30件随炉样件的测试结果均符合方案的要求。试验验证的数据分析结果支持对鲨鳍小翼的修理设计，保证了修理有能力承受预期的载荷或具备能代替损伤鲨鳍小翼结构的功能。

4 结论

针对A320系列飞机鲨鳍小翼复合材料结构修理，采用较为完善的质量验证体系，涵盖了损伤检测与评估、质量控制及验证各个阶段，并参照ASTM标准，采用随炉样件同袋固化的方式对维修部件的力學性能进行检测，测试结果满足要求。南航沈阳维修基地依靠自身实力完成了全球首例A320系列飞机鲨鳍小翼超规范修理及其质量验证，是我国在自主研发复合材料部件力学性能测定体系和机体复合材料结构维修质量验证体系上的一次有意义的探索。