《大飛機出版工程:民用飛機復合材料結構適航驗證概論》從民用飛機復合材料基礎知識和適航驗證體系入手,系統(tǒng)介紹復合材料結構的特性和設計準則、復合材料結構的適航驗證要求和方法,重點介紹復合材料的材料規(guī)范驗證、工藝規(guī)范驗證、結構積木式驗證方法、疲勞和損傷容限驗證方法。同時概述了復合材料結構的氣動彈性適航驗證、防火、適墜性、閃電防護和結構修理相關的內容。
《大飛機出版工程:民用飛機復合材料結構適航驗證概論》可供從事民用飛機設計、研究和制造的工程技術人員、適航審定人員以及航空工程相關專業(yè)的學生使用。
復合材料以其獨特的性能在航空航天結構中獲得越來越廣泛的應用,今天這種發(fā)展趨勢更是有增無減,其巨大的結構減重潛力,較高的比強度、比剛度特征以及廣泛的可設計性都是其他材料不可比擬的。先進復合材料結構占飛機結構總量的比例,在某種程度上成為評價該飛機性能的重要技術指標,也標志著該飛機設計制造廠家(國家)的工業(yè)技術的先進程度和實力。
盡管復合材料用于航空器結構擁有諸多優(yōu)勢,例如可設計性好、比強度/比模量高、化學性質穩(wěn)定、耐腐蝕、疲勞性能好;但是復合材料也存在材料形成和結構成型工藝高度融合、多向異性和非線性的力學性能、材料分散性大、工藝參數(shù)對材料性能影響大、構造細節(jié)對結構強度影響大的特點。站在適航審定工作的角度看,這些特點要求對飛機用復合材料結構的適航驗證需要額外考慮更多的內容,更加充分地試驗實證和技術細節(jié)把握,這也使得相較于傳統(tǒng)的金屬材料結構,復合材料結構的適航驗證難度更大。
本書旨在站在適航審定當局工作人員的立場,討論與民用飛機復合材料結構適航驗證相關的基本概念、適航要求及其驗證方法。在民用航空制造業(yè)發(fā)達的國家,通常是先有大量的設計實踐、設計驗證經(jīng)驗和使用經(jīng)驗,然后再總結出一套行之有效的適航標準和驗證方法,用于指導后來的設計實踐活動和確定設計所應達到的安全水平。在這個過程中,為什么這樣定適航標準、適航標準定成什么樣、如何做能夠滿足適航標準同步發(fā)展和不斷積累。這也就是人們常說的,解決了標準是什么(what)、如何做(how)和為什么(why)這樣的問題。作為民用航空制造業(yè)的后來者,我們仍在不斷摸索。作為適航審定當局的工作人員,我覺得應當將自己了解到的國際上對于飛機用復合材料的適航審定有什么標準、有什么驗證方法的實踐經(jīng)驗介紹出來,先解決是什么的問題;然后,在國內民用飛機研制和適航審定過程中,與民用航空工業(yè)部門共同探討如何做和為什么要這樣的問題。這正是編寫本書的目的。
本書能夠面世首先要感謝中國商飛公司適航管理部的趙越讓部長,要不是他的引薦、鼓勵和支持,我從沒有想過能將自己的積攢的一點想法編寫成書。本書還要感謝北京航空航天大學的諸位師長,是他們將我領進門,使我知道了“復合材料”這個詞匯和背后的故事;感謝中國民航適航審定系統(tǒng)的諸位領導和同事,正是他們?yōu)槲覄?chuàng)造了眾多的機會去學習、了解國際適航業(yè)界的信息,也正是在與他們共同工作的過程中幫助我逐步了解了適航的知識。
這還是一本“催”出來的書。感謝上海交通大學出版社的錢方針、劉怡錦兩位老師,沒有她們不厭其煩地催促,我?guī)缀蹙鸵艞墸徽撬齻兊摹安环艞墶,讓我發(fā)現(xiàn)自己這樣一個嚴重的Pr。CraStinad。n(拖延癥)患者也還有治愈的希望。同時還要感謝她們在本書編寫過程中在文字和成書的編寫規(guī)范上給予我的大量指導。
同時,我還要感謝我的家人,特別是我的太太和女兒,感謝她們在我完不成任務時忍受我的壞脾氣。這本書就要完稿了,我將會有更多的時間陪伴她們。
當然,受水平所限制,本書仍然存在諸多的錯誤和疏漏。就在本書完稿的一刻,我依然有所膽怯,就怕拿出的拙作貽笑大方。但是那個從小就學過的愛因斯坦的三個小板凳的故事給了我莫大的勇氣。是的,即使想到親愛的讀者您面對本書的錯誤和疏漏會皺眉和搖頭嘆氣,我依然會告訴自己,在我的計算機旦還有更糟糕的“兩個小板凳”,它們見證了我努力的過程。聽而易忘,見而易記,做而易懂。我想,能將自己在適航審定過程中所聽到的、見到的、做過的關于復合材料適航審定的知識拿出來分享,對我們的民機研制和適航審定工作何嘗不是一個小小的貢獻呢?
路遙
2013年12月于北京
路遙,高級工程師,畢業(yè)于北京航空航天大學材料與科學工程專業(yè),獲碩士學位,現(xiàn)就職于中國民航科學技術研究院。曾參與“民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定”(CCAR21)、“運輸類飛機適航標準”(CCAR25)等多部適航規(guī)章的編寫工作;參與空客A380飛機、巴西ERJ190/195等飛機的型號認可審定工作;擔任ARJ21—700國產(chǎn)新支線飛機型號合格審定委員會秘書和結構強度專業(yè)組審查代表;擔任C919大型客機型號合格審定委員會委員;以及承擔多項適航審定驗證技術研究。發(fā)表國際國內論文數(shù)十篇,參與航空安全課題研究,分別獲得中國民用航空科學技術一等獎(2次),三等獎(1次)。
1 民用飛機適航概論
1.1 適航的基本概念
1.2 適航當局及其適航法規(guī)體系
1.3 民用飛機適航標準和審定程序
1.4 本章小結
2 民用飛機復合材料概述
2.1 復合材料的概述
2.2 復合材料的制造工藝
2.3 復合材料力學基礎
2.4 復合材料結構設計
2.5 復合材料結構的損傷檢查和修理
2.6 復合材料在航空領域的應用
2.7 復合材料結構的相關適航要求
2.8 本章小結
3 復合材料的材料性能及驗證
3.1 材料的適航標準
3.2 材料性能的表征
3.3 基于統(tǒng)計算法的材料性能
3.4 復合材料的材料規(guī)范
3.5 本章小結
4 復合材料的工藝及驗證
4.1 工藝的適航標準
4.2 復合材料固化和壓實工藝
4.3 復合材料工藝過程控制
4.4 復合材料的工藝驗證
4.5 工藝規(guī)范及其格式
4.6 過程控制文件(PCD)介紹
4.7 本章小結
5 復合材料的等同驗證
5.1 AGATE、NCAMP介紹
5.2 等同認證的標準
5.3 加強取樣和縮減取樣的要求
5.4 等同鑒定程序
5.5 材料的等效性和驗收測試
5.6 本章小結
6 材料供應商的質量監(jiān)控與復合材料的質量控制
6.1 對供應商質量的監(jiān)控
6.2 復合材料的質量控制
6.3 新材料或工藝過程的取證
6.4 本章小結
7 復合材料結構“積木式”驗證方法
7.1 概述
7.2 積木式驗證方法的實例
7.3 復合材料結構靜強度驗證
7.4 復合材料結構靜強度驗證試驗
7.5 本章小結
8 復合材料結構的疲勞和損傷容限
8.1 損傷的定義
8.2 損傷的特點
8.3 損傷和強度的關系
8.4 裂紋的增長
8.5 復合材料結構疲勞和損傷容限驗證實例
8.6 復合材料結構的修理
8.7 本章小結
9 復合材料結構驗證的其他考慮
9.1 顫振和氣彈穩(wěn)定性
9.2 濕熱環(huán)境
9.3 太陽光/熱輻射環(huán)境
9.4 閃電防護
9.5 適墜性
9.6 易燃性
9.7 本章小結
參考文獻
縮略語
索引
1.3 民用飛機適航標準和審定程序
了解到上述的內容就能知道,本書在討論民用飛機復合材料結構適航驗證時主要是從適航當局頒布的適航標準的角度討論。那么,這么多的適航當局頒發(fā)了各自的適航標準,本書要采用什么適航標準從哪些角度來討論呢?這就涉及本節(jié)的適航標準選取、標準體系、標準內容簡介的相關知識了。
1.3.1 全球單一適航標準之路
目前,除了對于滑翔機、氣球等較小的產(chǎn)品外,世界上的適航標準體系主要包括歐美兩大體系,其他各國都以這兩大體系之一為基礎加上各國的附加國家要求建立自己的適航標準體系。
例如,俄羅斯的適航標準(IAC AR)就是以美國的適航標準為基礎,同時附加了諸如西伯利亞高寒氣候條件下的運行、粗糙跑道運行等特殊氣候條件下的一些附加要求。加拿大、巴西則以直接采納美國的適航標準的形式確定其適航標準體系。
近二十年,各國航空當局一直在尋求協(xié)調航空規(guī)章的途徑。多年來,航空業(yè)界出示數(shù)據(jù)表明,由于附加的國家要求和各個國家不同的合格審定要求所產(chǎn)生的多重審定/重復審定盡管帶來了高昂的成本,卻并沒有提供更多的安全價值。為此,航空業(yè)界在2000年6月美國芝加哥舉行的第17界FAA/JAA國際年會上要求適航當局進一步實施國際合作,協(xié)調航空規(guī)章。
國際民航組織(ICAO)及其締約國的支持確保了這種國際合作得到了全球范圍的支持。因此,F(xiàn)AA、JAA、加拿大運輸部民航局(Transpon Canada 0vil AViation,TCCA)分別請求ICA。認同全球單一設計法規(guī)和審定程序的研究協(xié)調工作。FAA/JAA/TCCA還請求ICA。鼓勵其締約國來參與這些活動。2001年9月,ICAO理事會通過了A33-11議案“航空器全球設計法規(guī)”。作為決議案的一部分,理事會認可為建立全球協(xié)調的設計法規(guī)和研究協(xié)調的航空器審定程序的可行性而做的努力,鼓勵所有設計國和其他締約國參與由FAA/JAA發(fā)起的國際協(xié)調計劃。
在ICAO的積極推動下,國際航空業(yè)界廣泛參與全球單一適航標準的研究工作中。為此,ICAO的全球單一適航標準工作小組提供了下述工5種選擇來建立單一適航標準,并對其可行性進行了詳細的權重分析:
選擇1:在FAA制定的FAR法規(guī)的基礎上,在自愿基礎上由各國采納的法規(guī)。
選擇2:在FAA制定的FAR法規(guī)基礎上,由ICA。采納的法規(guī)。
選擇3:在FAA制定的FAR的基礎上,通過全球的協(xié)定采納的法規(guī)。
選擇4:在JAA制定的JAR基礎上,在自愿基礎上由各國采納的法規(guī)。
選擇5:在JAA制定的JAR的基礎上,由ICA。采納的法規(guī)。
選擇6:在JAA制定的JAR基礎上,通過全球協(xié)定采納的法規(guī)。
……