飛機復合材料部件的修復現在已發展為一門藝術，但是正如他們說的，修理增強塑料機身卻是一種全新的球類游戲。隨著兩大的商務飛機制造商在其新的飛機機身（波音787和空客A350 XWB）上采用復合材料，標準制訂者和修理人員正面臨著一個修理方面的重大挑戰。

    這些內部高壓、飽含濕度的“管子”在修理方面存在著許多不確定性，它們是一架飛機是否安全的關鍵部件，是不允許出現故障，或者有任何妥協的。機身與由薄的表皮和蜂窩芯材構成的平面結構是非常不同的，后者是復合材料飛機部件修理廠目前為止的主要業務。而機身呈曲面，由單體層壓板制成，在某些部位還可能非常厚。它們通常是采用纖維纏繞或纖維鋪設工藝制成的，因此它們要依賴，至少一部分完整性，要依賴于連續長纖維。重要的是，它們的設計要求是能夠承受連續的內部高壓循環。

    顯然，對于在六英里（約9600米）高處保護著內部乘客的結構，它的修復必須是高質量的，并提供高等級的質量保證。然而，由于這種可以高度定制的材料固有的可變性，再加上修理技工的水平不一，要長期保證這種高質量的維修是有困難的。

問題還沒有解決
    盡管飛機制造商對此保持樂觀態度，但是這一行業在一定程度上還存著問題，專家們也認為不是所有的問題都得到了解決。

    例如，近，美國審計總局（GAO）發布了一份報告，表達了對于復合材料在飛機制造上不斷加快的應用的擔憂。GAO強調了修理問題，并列舉：檢測損傷的難度；復合材料和修理技術的標準化程度有限；復合材料技術工人的培訓水平和意識水平；由于實際運行經驗有限，而缺乏飛機復合材料的長期性能數據等。

    還有很重要的一點，適航機構對于粘接式的修理方式仍然很謹慎，而且一直不愿對它們進行認證。

    波音和空客可能過于樂觀了一點，它們要么聲稱已經解決了所有問題，要么說正在順利的解決之中。兩家公司都保證復合材料機身無論如何都比金屬機身更堅固，更不容易損壞。但是，經驗表明，有些損壞是不可避免的，特別是對于處于較低位置的機身部位，很容易受到行李載荷的沖擊，產生凹坑，或者受到其他服務車輛的沖擊。如果發生了這些損傷，飛機運營商會要求進入修理程序，這些程序制定的很全面，而且經過批準和認證。

    波音說采用與他們在金屬飛機上所使用的相同的修理方法――基本上就是栓接的金屬補丁，維修人員可以令一架遭受嚴重損壞的飛機重新飛起來。該公司的B787夢幻飛機去年在日本ANA航空公司開始服役。栓接的修理方法具有操作快捷的優勢，因此經?？梢栽趦纱魏桨嘀g的正常的地面周轉期內完成。飛機修理技術人員對此修理方式非常熟悉，能夠使用傳統的工具和設備進行修理。

粘接和栓接
    栓接補丁的修理方法可能對全的飛機修理技術人員都具有吸引力，他們對金屬部件的栓接修理很熟悉。但許多復合材料專家卻對此不屑一顧。

    的飛機部件維修服務商Lufthansa Technik（LHT）公司的總工程師Christian Sauer是這方面的專家，他告訴《增強塑料》（Reinforced Plastics）雜志：“或許栓接式修理方法既成熟又快捷，但如果法規方面的障礙能夠消除，我們傾向于采用粘接的修理方式。畢竟，在光滑的連續纖維鋪設層上鉆孔是一件難以啟齒的事。但是除了用作表面修復，粘接修理還沒有得到適航機構的認可?！?/P>

    波音認識到了粘接的好處，于是在B787的《結構修理手冊》（Structural Repair Manual）中引入了一種基本的粘接修理方式。它臨時性的“邦迪（band aid）”式修理系統可以使一架遭受微創的飛機快速恢復飛行，從而避免了著陸。實質上，這里采用的是一種復合材料補丁，而不是金屬的，避免了穿透式的栓接。波音說，它的系統可以在半個小時內完成補丁修理，而傳統的粘接修理可能需要花費 24個小時或者更久。

在使用中，預固化的復合材料補丁是用環氧樹脂粘接在受損部位的外側的，一個化學加熱包用來固化樹脂，這是一種可以在較低溫度下進行固化的配方。這種修理方法是為了在必要情況下用在門上而設計的，能夠保持充足的強度，使飛機能夠無故障飛行；隨后再進行永久性的修復。這主要是為了解決輕微的損傷，而不適用于載荷路徑完整性出現風險的嚴重情況。永久修復通常是在飛機的大修期間在條件可控的機庫內進行的。

    稍后的更永久性的解決方案很可能會用到粘接材料插件或＂插頭＂，與補丁不同。復合材料行業喜歡采用這種方法，但是這種修理過程需要花費較長的時間，而且很容易造成非計劃性停機。嵌接修理本身非常耗費時間，而且載荷會從嵌接點的尖端擴散到整個接觸面上。它們需要繁瑣的準備工作、仔細的裁切和鋪放復合材料層、一定時間的加熱過程，以及充足的固化時間。但是，對于聯邦航空局（FAA）和歐洲適航和安全管理局（EASA）來說，拒絕對粘接修理進行認證的主要原因還是粘接質量缺乏穩定性。

    正如一位業內人士點出的：“目前的困難是無法確切的知道粘接后的強度。還沒有確定的方法可以在不破壞粘接物的情況下測試它的強度，現在還只能依賴于試件或樣品，而它們不能完全代表實際情況?！?/P>

    同樣的，LHT的Sauber一方面佩服飛機制造商為使大規模粘接修復方法在主要的飛機結構上的應用得以認證而作出的努力，一方面也提出了疑問：這種修理方式是否在任何地方或無論被誰采用，都能一樣的達到所需的標準。他說這是認證的核心難題。

    這件事的核心是可變性，即所用材料以及技術人員技術水平的可變性。復合材料顧名思義是不同材料的混合物，擁有非常廣泛的組合可能，在修理過程中要與原來的材料完全匹配是不太可行的。維修機構很少會去管理各種訂單的交付時間、存儲要求、加工方法等。同時，修理技工在這方面的背景、經驗、培訓和能力的差別很大。修理車間必須通過認證才能進行飛機復合材料部件的修理，而對單個的技術工人目前則沒有這一要求。

    相關機構正在努力克服這些缺點，以使機身的粘接修復可以滿足適航標準。波音意識到在修理中要與原來的復合材料精確匹配是很困難的，從而研發了一種單一的可兼容的碳纖維預浸修理料，據說它可以用在整個B787機身上。也就是說，這使得維修部門不再需要存儲和管理一系列不同的材料。[-page-] 
 

    但人工修理過程仍然具有難以克服的可變因素。該行業的許多人認為，提高培訓水平是解決這一問題的關鍵。例如，Abaris Training Resources公司總裁Michael Hoke確定，在航空航天結構（包括機身上的門和窗）中采用厚的固體層壓材料是滿足這一需求的驅動因素之一。他指出，處理75到100層的可能厚達一英寸的固體層壓板，與修復較平的夾芯結構部件上可能僅0.05英寸厚的普通面板是非常不同的。技術人員需要熟練掌握加熱方法，這需要采用特殊的熱粘合劑，從背面進行熱固化，再慢慢的傾斜，確保加熱整個層壓板。

    與此相關的一個問題是修復尺寸。即使是小面積的損壞都可能需要進行全面的修復，因為斜接接頭需要“跳出”受損部位，以達到所需的穿過整個厚度的斜面梯度。技術人員需要大量的培訓和實踐，才能擁有一定的技巧和技能來準備和實施斜接修復，從而得到一個美觀平整的表面。許多人認為，要讓適航管理機構相信粘接修復的效果，培訓過程還需要一個針對獨立的修理人員的認證系統。

    另一個不同于可變性的問題是飛機維修人員的  “圣經”  《結構修理手冊》（SRM）中一系列關于已被證實的有詳細描述的修復條款。對于B787，波音的解決方案從簡單的補強/粘接補丁修復到采用替換材料在高溫下的大型（可達一平方米）粘接維修。后者通常需要在環境條件可控的基礎設施內進行。隨著修復方式的發展和實踐，更多維修經驗將被添加到SRM中。

技術前景
    盡管系統性的改進、修復質量的可變性和不確定性在一定時間內可能仍然是一個難以解決的問題。實際上，人們越來越相信，手工處理無法解決這一問題，終它必將被自動化解決方案超越。有觀點認為，只有自動化修復方案才可能連續且穩定的達到標準要求。

    德國EADS創新公司（EADS Innovation）復合材料技術運營總監Matthew Beaumont認為，自動化可以減輕人們對粘接結構修復的擔憂。他認為現在的維修過分依賴螺栓。他說：“作為一名先進復合材料結構的開發者，即使只是想到在這些經過優化并精確設計和制造的組件中鉆那么多孔，我心里就很難受。”

    EADS創新公司一直致力開發自動化修復方案，終的修復循環可能包括損傷檢測、表面準備、修復補丁的制作、補丁的應用和后的質量檢查。這一自動化修復項目的合作開發者包括Lufthansa Technik、歐洲直升機公司（Eurocopter）和Cassidian空氣系統公司。

    與此同時，德國航空航天研究中心（German Aerospace Research Centre）DLR一直在研究樹脂注入修復的自動化工藝。這一研究的目的是開發斜接修復的應用功能，包括用數控銑床消除損傷、浸漬鋪放到位的干燥預浸料以及隨后的固化。DLR說，這種方法特別適合彎曲部位，可以降低復雜性，不需要制造特殊的模具。

    其他公司則著眼于修復循環的特定環節。德國的激光專家CleanLASER和SLCR各自對修復部位的預處理系統進行了研究。

    CleanLASER的碳纖維復合材料粘合表面預處理系統，是一個以激光為基礎的光學加工系統，可用來逐層消除損傷。據說這一系統可以得到極佳的粘接修復結果，不會產生磨蝕或化學腐蝕。同時，SLCR正與英國的GKN公司合作，開發它自己的用于損傷部位預處理的自動化設備。

    GKN公司的技術副總裁John Cornforth說，他們的激光消融技術是一種非手工、免接觸的工藝，可以通過融化樹脂去除修復部位的材料，留下來的易斷的纖維可以在之后的過程中擦掉。損壞的材料被精確且干凈的去除后，受損部位就可以用裁切好的尺寸精確的補丁或插片來修復了。

    在材料去除過程中，不會在結構上施加任何壓力或振動，因此，對結構的強度或完整性不會產生不良影響。Cornforth報道了該項目階段的可喜成果，雙方共同生產出了能夠預處理修復部位的原型設備。這個原型設備現在安裝在GKN公司位于英國懷特島Cowes市的復合材料研究中心（Composite Research Centre）內。

    該項目的第二階段已在進行之中。第二階段將對設備作進一步的開發，以應對更復雜的損傷部位，這里可能暗藏著一些障礙，例如框架和梁。激光技術考慮到了這些因素，因此能夠為梯形或者固定角度的斜接修復作好受損部位的預處理。

    Cornforth告訴《增強塑料》（Reinforced Plastics），雖然這項技術還處于起步階段，但他設想終是可以將多種修復功能集成在一個單一的自動化設備內的。激光消融過程會與原始部件的CAD圖像相鏈接，從而準備好預制的修復補丁。各種無損評價（NDE）技術可以用于損傷的快速檢測和評估。

    另一個技術上比較先進的環節是修復循環的加熱和固化部分。其中一個比較特殊的關注點就是傳統熱粘合技術的進一步發展，例如，HEATCON復合材料系統公司（HEATCON Composite Systems）和Zymac織物公司所開發的系統。后者生產的加熱毯含有小的獨立熱電池，因此，不論在大型修復部位下放置什么結構的散熱片，都能對整個修復材料進行更加均勻的加熱。同時，HEATCON已經開發出一種可拉伸的加熱毯，用于曲面周圍的加熱。

    其他加熱方法也在研究之中，例如感應加熱和在復合材料修復補丁中加入加熱元件。例如，地面支持專家Sunaero航空公司正在開發一種手持式紅外裝置，用來加快修復循環的固化過程，不讓這些材料吸收過多的熱量。一種專門為纖維復合材料開發的裝置可以會在某些特定應用中取代加熱毯。其他可能的加熱方法包括微波耦合加熱毯和含有導電網的修復補丁，這種補丁本身可直接加熱。

    更深入的一個技術重點是油漆表面的管理。從大型復合材料表面除漆是很復雜的，因為適用于金屬飛機結構上的化學脫模劑不僅會腐蝕油漆，也會腐蝕下面的復合材料。油漆制造商們有意解決這一問題，即在面漆和底漆間加入一個中間層，這個中間層會溶解在溫和的脫模劑中，既不會令面漆也不會令復合材料降解。即便如此，在產生損傷的地方，仍然需要手工打磨修復部位。

    然而，再重申一次，激光可能會提供一種解決方案。Lufthansa技術公司一直在研究如何使用控制頭上的激光在機身表面移動。LHT說，新型激光能夠以迄今無法實現的速率脫除油漆，同時可以確定哪一層被除去了。這就為我們描繪了一幅前景，即未來的機器人系統能夠從中等大小的修復部位甚至整個復合材料飛機上脫除任何東西。雖然LHT目前已被迫把這項工作暫停，因為公司決定關閉其位于漢堡的噴涂工廠，但脫除的概念仍然有著一定的發展前景，可能會在其他什么地方得以采用。

檢測損傷
    復合材料有一個特殊的問題：在經過撞擊之后，難以確定層壓板是否受到損傷，因為其表面不會留下任何痕跡。金屬受到“傷害”后會留下凹痕，而復合材料在低能量沖擊下可以回彈，因此，層壓板下面幾層造成的損傷可以隱藏在看似沒有受損的表面下。

    要可靠且快速的檢測飛機的損傷就需要緊湊、便攜的無損檢測設備。波音公司在開發一種手持式超聲波損傷檢測器。據該公司介紹，該設備可以檢測層壓板次表面的損傷層，而且足夠清晰，可以讓技術人員判斷出飛機是否可以正常飛行。同樣，挪威的超聲專家DolphiTech正與EADS創新公司合作，開發一種手持式超聲波傳感器，據說它能夠看穿8-10毫米的復合材料層壓板，檢測出層壓板的內部缺陷。兩家公司的目標之一是開發一種帶有移動無損檢測工具的掃描攝像系統。
 
    有一個歐盟資助的被稱為INDUCER（（用合適的復合材料補丁進行飛機智能維護的感應加熱和健康監測方案（Induction Heating and Health Monitoring Solutions for Smart Aircraft Maintenance Using Adapted Composite Patches））的項目，其主要目標就是將監測和復合材料修復的感應加熱結合起來。在這個項目中，TWI（以前的英國焊接研究所）和GMI航空公司合作開發了一種智能補丁的概念，嵌入修復材料層的磁致伸縮傳感器網不但可以加熱補片進行固化，在之后的監測模式下，還可以對壓力做出磁性反應。因此，固化過程中的應力以及修復部位在服務過程中的結構完整性是很可能采用單一的網格層方法進行監測的。

    其他技術領域的一些發展還解決了在損傷發生時，如何判斷受影響的層壓板是否“干凈”或已被污染的難題，例如，被液壓油或燃料污染。即使很輕微污染都會嚴重損害粘結效果。許多公司，包括Lufthansa Technik公司，正致力于開發可靠的污染檢測器。

    然而，科技不能提供所有的答案。總會有些時候或在某些情況下，可能會需要熟練的手工技能，從而使培訓和實踐錦上添花。培訓的需求不僅僅針對復合材料技術人員。例如，要讓機上和地面工作人員了解，即時匯報機身和其它物體之間任何意外的接觸是非常重要的，無論損傷看起來多么輕微，這樣才有可能檢查出受到沖擊的部位是否有損壞。對地面上的工作人員來說，這一點卻很難做到，因為服務車輛的駕駛員既不知道也不關心機身是復合材料的還是金屬的，因此，他們可能不會報上報“碰撞”情況，從而導致肉眼看不到的損傷。

    至少在目前，仍然存在許多不確定性。一個比較大的問題就是，如果飛機需要的大修超出了SRM的范圍，那該怎么辦？幾乎沒有例外，這將是一種飛機停航待修（AOG）的情況，因此時間緊迫?？梢钥隙ǖ氖牵谛嘛w機的早期服務階段，飛機的數量還不是很多時，飛機制造商和他們的合作伙伴在遇到這種情況時，會非常積極的支持運營商，他們將拿出大的力量來盡快的制定出現場維修方案。

    理想情況下，獨立的維護人員和其他有關專家一樣，都可以得到制造商的應力數據和其他計算資料，這樣他們也可以制定出可行的維修方案。毫無疑問，維護人員、設計機構（飛機制造商）以及可能的適航當局之間的溝通，在這些早期階段相對來說是比較暢通的。但隨著飛機數量的增多，這種情況可能會發生改變。終，可能會有幾百架復合材料機身的飛機投入運營。

    飛機制造商們預計，修復方式以及相關基礎結構的演變，將與飛機數量一樣保持快速的增長。只有時間會告訴我們，這種觀點是否正確。顯然，在商用飛機的機身上采用復合材料是一個大膽之舉，通過降低飛機重量和燃料的用量可以獲得利益――但只在維護風險可以控制的情況下。

大的風險
    可以說，大的風險是，從飛機制造廠新出廠的結構良好的機身，在長期的連續的維修之后，其完整性會逐步降低。沒有人知道一個飛機機身能夠承受多少次不同方式的修理，然后機身強度會逐漸降低，糟糕的情況下，還有在高空中爆炸減壓的風險。英國制造商DeHavilland在半個多世紀以前開始制造噴氣客機時就已經遭受了了這一可怕的后果。那時，DH公司大膽設計的幾架彗星飛機由于金屬疲勞導致了災難性的損失。誠然，復合材料的失效很可能是漸進式的，毀滅性更小，但對于飛行在高處的高壓機身來說，沒有人可以十分肯定。

    幸運的是，自彗星事件之后，風險管理已被提上日程。然而，在未來的幾年里，減少與機身維修相關的風險因素將是復合材料重要的挑戰之一。顯然，所有人都應該謹慎行事，保持緊密的溝通與合作，使這種優異的材料保持住它的好名譽，特別是飛機制造商及其合作伙伴、飛機運營商，適航監管機構和維修機構。