民用飞机复合材料后机身结构适航验证方法
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关键 词 ：民用 飞机 ；复 合材 料 ；结构 强度 ；适 航 ；验证 中 图分类 号 ：Ｖ２１４ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１００７—９８１５（２０１８）０２—００３６—０５
Ｔｈｅ Ｍ ｅａｎｓ ｏｆ Ａｉｒｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ Ｃｅｒｔｉｆ ｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｒｅａｒ—－Ｆｕｓｅｌａｇｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ａｉｒｃｒａｆｔ
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｍａ— ｔｅｒｉａｌｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｓｔｒ ｕ ｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｆ ｌａｗｓ，ａｎｄ ｖａｒｉｏｕｓ ｄａｍａｇｅｓ ｉｎ ｏｐｅｒａ— ｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ａｉｒｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｄｅａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ“ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｂｌｏｃｋｓ” ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｐｌａｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓ— ｉｔｅ ｒｅａｒ——ｆｕｓｅｌａｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ． Ｔｈｅ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ
复合 材 料一 方 面 相 对 于 金 属 材 料 拥 有 诸 多 优 势 ，但另 一方 面 也存 在 一 些 先 天 不 足 ，如 制 造 工 艺复 杂 、材 料 性 能 分 散 性 大 、对 环 境 敏感 、抗 冲 击 能力低 、面外 承 载 性 能 差 、对 维 护 和 维 修 要 求 高等 。文 献 强 调 开 展 复 合 材 料 飞 机结 构设 计 时应 重点 考 虑这些 不 利 因素 。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ａｉｒｗ ｏｒｔｈｉｎｅｓｓ；ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
作者简介 ：樊则文 （１９８０一 ），男 ，硕 士 ，高 级工 程 师 ，研 究 方 向 ：飞机 复 合 材 料结 构 强 度 设计 与适 航 验 证 ，电子 邮 箱 ：ｆａｎｚｅｗｅｎ＠
３６
高科技纤维 与应用
２ｏ１８
ｍ咖 ｎ
ａ 。ｒｄ Ｄｅｓｉｇｎ “ 标 准 设 计
０ 概 述
复 合材 料 结 构 相 对 于 金 属 结 构 而 言 ，具 有 比 强 度高 、整 体 成 型性 好 、承 载 效 率 高 、连 接 件 数 量 少等 诸 多 优 势 。 自 ２０世 纪 ７０年 代 以 来 ，复 合 材 料在 飞机 上 的应 用 比例 显 著 提 升 。最 具 代 表 性 的新 一 代大 型 民用 飞 机—— 波 音 ７８７飞 机 和 空 客 Ａ３５０ＸＷＢ飞机 ，复合材料用量分别 占机体结构重 量 的 ５０％ 和 ５３％ ，其 机身 、机 翼 和尾 翼 均 大量 使 用 高强度 碳 纤 维 。近 年 来 国 内 民用 飞 机 复 合 材 料 应 用 技 术 迅 速 提 高 ， 已 经 取 得 型 号 合 格 证 的 Ａ１ＬＩ２１—７００飞机主要在翼梢小翼 、方 向舵 、翼身 整 流罩 、雷 达罩 等部 位 使 用 复 合 材 料 ， 已完 成 首 飞 的 Ｃ９１９飞 机 复合材 料 的使用 则 进一 步拓 展 到尾 翼 、后 机身 、后 压 力 框 等 部 位 。 即将 转 入 型 号 研 制阶段的 ＣＲ９２９飞机计划 在机翼 、机 身等主结构 区域采 用复 合材 料 。
ＦＡＮ Ｚｅｗｅｎ ， ＣＨＥＮ Ｔｉｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｘｕ
（１． Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２１０ Ｃｈｉｎａ ２． Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｉｒｃｒａｆ ｔ Ａｉｒｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ＣＡＡＣ）
由于早 期 民 用 飞 机 结 构 很 少 采 用 复 合 材 料 ，
最 初制 定 的 民机结 构适 航 标 准 并 未 考 虑 复 合 材 料 的特殊 性 ，虽然 适 航 标 准 中针 对 飞机 结 构 的条 款 也 同样 适用 于 复 合 材 料 ，但 仅 使 用 这 些 条 款 无 法 保 证飞 机 的安 全 性 。 文 献 由 ＦＡＡ在 １９８４年 颁 发 并 于 ２００９年修 订 ，为复 合材 料 结 构制 定 了一 种 可 接受 的适 航 验 证 方 法 ，实 质 上 已成 为 国际 上 开 展 民用 飞机 复合 材料 结构 适航 验证 的公 认标 准 。
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ｄａｍａｇｅ ａｎｄ ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ ｌｏａｄｓ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｆｕｌｌ—ｓｃａｌｅ ｔｅｓｔ ｐｒｏｊｅｃｔ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅａｒ—
ｆｕｓｅｌａｇｅ ｓｔｒｕ ｅｔｕｒｅ，ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｉｒｗ ｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａ ｆ ｔ．
标准设计／ｓｌｎｎｄａｒｄＤ
民用飞 机 复 合材 料 后机 身结 构 适 航 验 证 方 法
樊 则文 ，陈挺 ，张绪 （１．上 海飞机 设计研 究 院 ，上 海 ２０１２１０ ２．中国 民用航 空上 海航 空器适航 审定 中心 ，上 海 ２００３３５）
摘 要 ：民机 复合 材料结 构 的验 证 需 要 考 虑 所 用 材 料 、环 境 、工 艺 控 制 、制 造 缺 陷 以及 运 营 中 的各 种 损伤 等 因素 。 以某 民机 复合 材 料后 机 身 适 航 验证 思 路 和 “积 木 式 ” 试 验方 法 为例 ，介 绍 了后 机 身 复合 材 料结 构受 环境 、损 伤 、重 复载荷 等 影 响 的验 证 方 法 以及后 机 身全 尺 寸 试 验 项 目规 划 ，供 其 他 民机 复 合 材 料结 构适 航验 证参 考 。
Ｔｈｅ Ｍ ｅａｎｓ ｏｆ Ａｉｒｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ Ｃｅｒｔｉｆ ｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｒｅａｒ—－Ｆｕｓｅｌａｇｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ａｉｒｃｒａｆｔ
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｍａ— ｔｅｒｉａｌｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｓｔｒ ｕ ｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｆ ｌａｗｓ，ａｎｄ ｖａｒｉｏｕｓ ｄａｍａｇｅｓ ｉｎ ｏｐｅｒａ— ｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ａｉｒｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｄｅａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ“ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｂｌｏｃｋｓ” ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｐｌａｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓ— ｉｔｅ ｒｅａｒ——ｆｕｓｅｌａｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ． Ｔｈｅ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ
复合 材 料一 方 面 相 对 于 金 属 材 料 拥 有 诸 多 优 势 ，但另 一方 面 也存 在 一 些 先 天 不 足 ，如 制 造 工 艺复 杂 、材 料 性 能 分 散 性 大 、对 环 境 敏感 、抗 冲 击 能力低 、面外 承 载 性 能 差 、对 维 护 和 维 修 要 求 高等 。文 献 强 调 开 展 复 合 材 料 飞 机结 构设 计 时应 重点 考 虑这些 不 利 因素 。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ａｉｒｗ ｏｒｔｈｉｎｅｓｓ；ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
作者简介 ：樊则文 （１９８０一 ），男 ，硕 士 ，高 级工 程 师 ，研 究 方 向 ：飞机 复 合 材 料结 构 强 度 设计 与适 航 验 证 ，电子 邮 箱 ：ｆａｎｚｅｗｅｎ＠
３６
高科技纤维 与应用
２ｏ１８
ｍ咖 ｎ
ａ 。ｒｄ Ｄｅｓｉｇｎ “ 标 准 设 计
０ 概 述
复 合材 料 结 构 相 对 于 金 属 结 构 而 言 ，具 有 比 强 度高 、整 体 成 型性 好 、承 载 效 率 高 、连 接 件 数 量 少等 诸 多 优 势 。 自 ２０世 纪 ７０年 代 以 来 ，复 合 材 料在 飞机 上 的应 用 比例 显 著 提 升 。最 具 代 表 性 的新 一 代大 型 民用 飞 机—— 波 音 ７８７飞 机 和 空 客 Ａ３５０ＸＷＢ飞机 ，复合材料用量分别 占机体结构重 量 的 ５０％ 和 ５３％ ，其 机身 、机 翼 和尾 翼 均 大量 使 用 高强度 碳 纤 维 。近 年 来 国 内 民用 飞 机 复 合 材 料 应 用 技 术 迅 速 提 高 ， 已 经 取 得 型 号 合 格 证 的 Ａ１ＬＩ２１—７００飞机主要在翼梢小翼 、方 向舵 、翼身 整 流罩 、雷 达罩 等部 位 使 用 复 合 材 料 ， 已完 成 首 飞 的 Ｃ９１９飞 机 复合材 料 的使用 则 进一 步拓 展 到尾 翼 、后 机身 、后 压 力 框 等 部 位 。 即将 转 入 型 号 研 制阶段的 ＣＲ９２９飞机计划 在机翼 、机 身等主结构 区域采 用复 合材 料 。
ＦＡＮ Ｚｅｗｅｎ ， ＣＨＥＮ Ｔｉｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｘｕ
（１． Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２１０ Ｃｈｉｎａ ２． Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｉｒｃｒａｆ ｔ Ａｉｒｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ＣＡＡＣ）
由于早 期 民 用 飞 机 结 构 很 少 采 用 复 合 材 料 ，
最 初制 定 的 民机结 构适 航 标 准 并 未 考 虑 复 合 材 料 的特殊 性 ，虽然 适 航 标 准 中针 对 飞机 结 构 的条 款 也 同样 适用 于 复 合 材 料 ，但 仅 使 用 这 些 条 款 无 法 保 证飞 机 的安 全 性 。 文 献 由 ＦＡＡ在 １９８４年 颁 发 并 于 ２００９年修 订 ，为复 合材 料 结 构制 定 了一 种 可 接受 的适 航 验 证 方 法 ，实 质 上 已成 为 国际 上 开 展 民用 飞机 复合 材料 结构 适航 验证 的公 认标 准 。
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ｄａｍａｇｅ ａｎｄ ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ ｌｏａｄｓ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｆｕｌｌ—ｓｃａｌｅ ｔｅｓｔ ｐｒｏｊｅｃｔ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅａｒ—
ｆｕｓｅｌａｇｅ ｓｔｒｕ ｅｔｕｒｅ，ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｉｒｗ ｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａ ｆ ｔ．
标准设计／ｓｌｎｎｄａｒｄＤ
民用飞 机 复 合材 料 后机 身结 构 适 航 验 证 方 法
樊 则文 ，陈挺 ，张绪 （１．上 海飞机 设计研 究 院 ，上 海 ２０１２１０ ２．中国 民用航 空上 海航 空器适航 审定 中心 ，上 海 ２００３３５）
摘 要 ：民机 复合 材料结 构 的验 证 需 要 考 虑 所 用 材 料 、环 境 、工 艺 控 制 、制 造 缺 陷 以及 运 营 中 的各 种 损伤 等 因素 。 以某 民机 复合 材 料后 机 身 适 航 验证 思 路 和 “积 木 式 ” 试 验方 法 为例 ，介 绍 了后 机 身 复合 材 料结 构受 环境 、损 伤 、重 复载荷 等 影 响 的验 证 方 法 以及后 机 身全 尺 寸 试 验 项 目规 划 ，供 其 他 民机 复 合 材 料结 构适 航验 证参 考 。