美国咨询公司MarketsandMarkets在一份2019年《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会持续扩大，其中碳纤维增强型材料的发展速度将最快。这份报告同时还指出，尽管碳纤维复合材料昂贵的成本在一定程度上抑制了其增长速度，但从长期来看，其在提升燃油效率等方面给飞机所带来的益处是毋容置疑的。

民用飞机一直是航空复合材料应用最广泛的领域，航空制造巨头空客和波音公司则是其主要买家。鉴于复合材料在民航领域得到广泛应用，波音787和空客A350XWB等新一代飞机中复合材料的用量甚至创纪录地达到了飞机总重量的50%，因此航空维修企业纷纷开始与OEM和研究机构达成合作协议，旨在更好地了解复合材料的性能，提前开发和改进复合材料修理和无损检测技术，做好相关方面的人员储备工作，力争抢占复合材料修理这一广阔的市场。

尽管复合材料在短舱、飞机操纵面、雷达罩等飞机部件上的应用早已司空见惯了，维修企业也已经熟练掌握了这些复合材料部件的修理技能，但是在新一代飞机中，复合材料的应用范围越来越广，甚至已经应用于次级结构件上。对维修企业来说，这既是一个拓展业务的好机会，同时也是一项全新的挑战，因为这一领域一直存在技术体系不完善、修理标准缺乏、合格维修人员短缺等难题。

维修技术体系亟待完善

法荷航维修工程公司（AFI KLM E&M）和汉莎技术（LHT）等领先维修企业已经开始建立复合材料修理的技术体系和修理能力，研发各种有助于提高复杂维修的可重复性、便于在翼维修以及能够缩短维修周转时间的新修理技术。

汉莎技术表示，在过去6~7年间，该公司一直致力于公共资金资助的和内部研发的复合材料修理创新项目，并且与空客公司、各国科研技术人员进行广泛合作。汉莎技术认为，在飞机研发的早期阶段就与OEM紧密合作十分重要。例如，该公司参与了空客公司等OEM的飞机生产项目，近距离接触了飞机制造领域的新复合材料技术，这不仅推进了该公司复合材料新修理方法的研发进程，也有助于该公司选择最恰当的维修方法为这些复合材料部件提供维修服务。

汉莎技术一直在考察胶接修理技术在各类复合材料部件修理工作的可行性。该公司指出，目前复合材料次级结构件均可采用胶接修理，但是由于技术水平、实践经验和经济性等诸多限制，在复合材料主结构件上应用胶接修理却很难获得监管部门的批准。EASA和FAA规定：如果采用胶接修理方式完成修理的结构件出现故障，余下的结构件仍需具备承受设计载荷的能力；对每个接受胶接修理的部件，需使用关键设计极限载荷对其进行校验；使用无损检测（NDT）技术验证胶接修理后连接部位的强度。对于维修企业来说，上述规定的校验手段无论从技术可行性还是经济性来看都是难以完成的，因此胶接维修技术目前仅限用于小型件、表面损伤件或二级结构件的修理中。

汉莎技术指出，目前只能采用螺栓连接修理对复合材料主结构件进行修理，即通过螺栓连接金属补丁进行修理，但它并非是最恰当的一种修理方式。这一修理过程需要在复合材料上钻孔，但钻孔的过程中会不可避免地切断承力纤维，最终使被修理部位成为复合材料结构中最容易遭受破坏的薄弱环节。

在获得监管部门批准将胶接修理列为复合材料主要结构件的替代维修方式之前，还需要解决胶接修理过程中可靠性不高、缺乏标准规范和无法避免人为差错等棘手问题。但汉莎技术认为胶接修理仍是复合材料修理技术中首选的修理方法，正在努力打造能够获得监管机构许可的、能够重复实现的胶接修理工艺。

汉莎技术最早尝试的一种工艺是采用挖补修理进行胶接修理，但结果显示这种修理方法很难保证修理件的修理效果。因为目前大多数胶接修理的工序仍然是由人工完成，修理效果很大程度上取决于维修人员的维修经验和维修技能。因此，汉莎技术的目标是研发可识别复合材料损伤的方法，然后尝试将胶接修理的整个工艺流程自动化，以获得稳定、一致的复合材料修理质量。汉莎技术相信在未来几年后可实现这一目标，并且有望获得监管机构的批准。

法荷航维修工程公司的一项非常关键的维修项目是研发一种客户化的复合材料加工工艺流程，计划于明年完成。该公司表示，该流程可精确执行复合材料修理的各项步骤，有助于在碳纤维复合材料的修理过程中保持各层的完整性，并且能够显著降低修理时间。

维修标准规范缺乏

汉莎技术指出，缺乏统一的修理标准是复合材料修理所面临的难题之一。这不仅将成为未来的难题，也是目前亟需解决的问题，因为传统飞机上应用了种类繁多的复合材料。例如，空客A340系列飞机上应用了50多种不同种类的复合材料，但航空公司不可能贮存所有种类的复合材料，并且购买所有种类的航材也非常不经济。此外，由于无法预估哪个部位会出现损伤，航空公司也无法确定是否需要这些航材。

难题之二是随着飞机机龄的增长，其所应用的复合材料将会逐渐停产，航空公司将无法购买到所有种类的复合材料。在不同航空公司之间进行复合材料航材交换也是非常困难的，因为复合材料有多种品牌，而且很难获得其详细的性能参数。

总部位于瑞士苏黎世机场的瑞航技术公司也非常认同这一观点，并表示其公司在维修不同厂家生产的复合材料部件时，缺乏统一修理标准对其财务管理和整个维修流程都造成了影响。

维修技术人员短缺

专业人士广泛认为，缺乏拥有熟练技能的维修技术人员是复合材料修理所面临的严峻挑战，但不同维修企业所遭受的人员短缺程度不同。汉莎技术也不例外，该公司对该问题的解决方案是自行培养技术人才，再加上目前大部分在岗的复合材料结构修理人员均已具有一定的维修经验，也可以对新加入的维修人员进行培训指导。

瑞航技术公司也认为维修行业缺乏理论知识和实践经验俱备的复合材料修理人员。该公司通过自有培训设施和在岗培训两种方式培养所需的复合材料结构修理和内饰整装的维修人才，培训项目包括一些特殊作业能力的培养。法荷航维修工程公司则认为其维修人员有能力完成新的维修项目，并且仍在通过招聘具有博士学位的复合材料专业人才，不断增强维修团队的整体技术水平。

立陶宛FL技术公司指出，对复合材料修理人员技能需求的不断增加，将会不断推高复合材料的修理成本。因为整个复合材料修理业面临人员短缺的窘境，再加上复合材料修理人员在完成基础机械培训后还需额外完成其他培训项目，这也使得培训成本上涨。

总的来说，在人才培养方面，目前大多数维修企业均选择内部培训课程和外部培训课程相结合、辅以实操培训的方式；在需要特定类型人才时，通常选择对在岗员工进行再培训，或者在必要时招聘新专业人才。

损伤检测手段

复合材料主要结构件的损伤检测方法与其他复合材料部件或者金属结构件的大相径庭。汉莎技术表示，目前复合材二级结构件主要使用敲击检测法进行损伤检测。与其他无损检测技术相比，敲击检测成本较低，且受过培训的技术人员通过敲击检测可获得与其他无损检测技术精度几乎相同的结果。

但敲击试验却并不适用于复合材料机身的检测，特别是那些包裹整个外机身、厚度达几毫米的复合材料机身结构件。汉莎技术在实践经验的基础上自行研发了一些新的检测手段，其中尤其值得注意的是红外热成像检测技术。该技术使用一个激励源加热试件，再利用红外热成像仪扫描试件表面，通过记录和对比温度差异判断相应表面或内部是否存在缺陷。热红外成像技术特别适合用于内部损伤检测。另一种内部损伤检测的常用方法则是超声波检测技术。

汉莎技术认为目视检查也是复合材料非常重要的一种检测手段，在拥有各类高科技检测设备的当下，仍有超过80%的复合材料损伤是通过目视检查发现的。尽管汉莎技术正在研究各种无损检测新技术，但是对于花重金引入新检测设备却持观望态度。即使在引进空客A350XWB和波音787等新一代飞机后，汉莎技术也仅会根据OEM的要求考虑增购新的检测设备事宜。

瑞航技术公司表示，由于复合材料具有各向异性结构这一特点，因此难以在复合材料检测过程中应用传统无损检测技术，目前主要应用的是红外热成像技术或超声相控阵技术。该公司计划采购应用相控阵传感器、剪切散斑检测法和基于超声导波的回波到达时间方法的超声波检测设备。法荷航维修工程公司为了提高飞机结构构件表面缺陷的检测精度，也专门研发了一款3D扫描设备，该设备所获得的数字信息将可以更高效地反馈至结构设计过程以及开发出更好的修理技术。

法荷航维修工程公司正在研发一种客户化的复合材料加工工艺流程，该流程可精确执行复合材料修理的各项步骤，能够显著降低修理时间。

自动化维修技术

尽管无法估计自动化维修技术可在多大程度上提高复合材料的修理效率，业内人士仍普遍认为自动化维修技术有助于提高复合材料修理效率，但不可能成为完整的解决方案。汉莎技术认为，不引入自动化技术的胶接修理技术最终将无法应用于复合材料主要结构件的修理中，因为人工实施的胶接修理不可避免的存在人为差错，而自动化工艺流程则意味着可靠、可复制的维修工艺。

瑞航技术公司也认为自动化维修技术十分重要且可靠性高，但由于大多数维修项目需要量身定制解决方案，这就使自动化维修技术的使用率并不高。因此，更多的研究重点应该放在如何利用自动化维修技术提高修理质量，而并非过多关注工艺流程和修理技术的可复制性。法荷航维修工程公司也认同这一观点，认为由于缺乏相应标准规范，并非所有的复合材料修理项目都可实现自动化维修。

来源：蓝楠 航空维修与工程