與金屬相比，復(fù)合材料具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：它們更輕，不會腐蝕，并且具有更好的抗疲勞性。權(quán)衡是金屬更容易修復(fù)，因此MRO提供商需要添加新的工具，技術(shù)訣竅和流程，以確保他們能夠處理最新的飛機(jī)。
 

　　“在787和A350發(fā)布之前，我們主要為飛機(jī)整流罩和其他二級結(jié)構(gòu)的濕式鋪設(shè)維修提供復(fù)合維修服務(wù)，”飛機(jī)維護(hù)和改裝執(zhí)行副總裁Ang Chye Kiat表示。 ST 工程航空航天。“由于787和A350的機(jī)身和機(jī)翼現(xiàn)在也影響了復(fù)合材料，我們已經(jīng)增強(qiáng)了支持這些平臺的能力，不僅可以進(jìn)行維修，還可以進(jìn)行改裝工作。”
 

　　復(fù)合材料的檢查和修復(fù)技術(shù)正在迅速發(fā)展，但仍然沒有像普通航空航天金屬（如鋁）那樣成熟和易于理解。因此，在某些方面，航空公司新材料的性能節(jié)省被更高的支持成本所抵消，盡管復(fù)合材料的更大耐久性意味著更少的維護(hù)事件。

 

　　漢莎技術(shù)公司 Lufthansa Technik在其CAIRE項(xiàng)目下開發(fā)了一種移動(dòng)機(jī)器人火焰清理系統(tǒng)。
 

　　AAR在過去20年中將其復(fù)合材料功能擴(kuò)大了五倍，其維修和工程服務(wù)高級副總裁Brian Sartain預(yù)計(jì)，隨著更多新一代飛機(jī)投入服務(wù)，市場將進(jìn)一步增長。Sartain承認(rèn)復(fù)合材料和金屬修復(fù)需要不同的技能和工具，盡管他不同意碳纖維從MRO的角度來看本質(zhì)上更難。
 

　　“我不相信它必然會變得更加復(fù)雜，因?yàn)樗苿?dòng)了技能組合的轉(zhuǎn)變以及更換零件的頻率更高，”他說。“老式飛機(jī)非常耗費(fèi)人力，采用金屬零件制造，部件更換成本非常高。”
 

　　除了為傳統(tǒng)的金屬加工能力增加新的工程能力之外，MRO供應(yīng)商必須跟上新一代復(fù)合材料，特別是碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）。這比20年前的復(fù)合材料更耐用，但也更難以使用，涉及修復(fù)工藝，例如雙真空減壓，其在固化周期之前降低層壓板層的孔隙率，從而使CFRP硬化。
 

　　“新材料的固化周期更為關(guān)鍵，包括對周圍結(jié)構(gòu)的熱測量，”Ang說。“這個(gè)過程是維修期間更好的熱量管理所必需的，并且更加耗時(shí)。”
 

　　較新的復(fù)合材料也更昂貴，因?yàn)樗鼈冃枰獓?yán)格的環(huán)境控制并且具有有限的保質(zhì)期。“材料成本要高得多，存儲成本更高，環(huán)境控制是新材料必須的 - 早期的復(fù)合材料沒有這么嚴(yán)格的要求，”Sartain說。
 

　　隨著新的碳纖維設(shè)計(jì)被用于飛機(jī)的不同部分，庫存成本也將逐漸上升，這要求MRO提供商實(shí)現(xiàn)存儲和維修能力的多樣化。“與早期材料相比，目前的復(fù)合材料在設(shè)計(jì)，纖維，樹脂和生產(chǎn)工藝方面表現(xiàn)出更多變化 - 這對MRO活動(dòng)產(chǎn)生了重大影響，”Fokker客戶解決方案和技術(shù)調(diào)整主管Rob Bosgraaf說道，英國航空航天制造商GKN的子公司。
 

       檢查
 

　　在進(jìn)行任何維修或更換之前，工程師必須評估復(fù)合材料部件的損壞（或缺少）。發(fā)動(dòng)機(jī)短艙是探索碳纖維的熱量和重量優(yōu)勢的首批飛機(jī)結(jié)構(gòu)之一，采用多種技術(shù)進(jìn)行檢查，包括：輕敲測試，熱成像，超聲波測試，鉆孔成像，射線照相和蝕刻以及滲透檢測。

 

　　ST航空航天 ST Aerospace開發(fā)了復(fù)合材料修復(fù)和制造能力，并生產(chǎn)碳纖維地板面板。
 

　　這些方法中的一些在金屬和碳纖維之間重疊，但是對于后者的完全能力，無損檢測（NDT）和復(fù)合材料的檢查需要比金屬結(jié)構(gòu)更多的投資。需要專門的設(shè)備來檢查CFRP中的分層或纖維不規(guī)則性，而檢查更簡單的材料就像進(jìn)行目視檢查一樣簡單。
 

　　“這種設(shè)備的復(fù)合設(shè)備和培訓(xùn)耗資數(shù)十萬美元，而不是成千上萬的典型超聲波設(shè)備，”Sartain說。
 

　　Ang同意并補(bǔ)充說：“由于技術(shù)仍然是新技術(shù)，與金屬材料相比，修復(fù)工具和材料的價(jià)格要高得多。”
 

　　一系列新的無損檢測設(shè)備有望加速檢查，減少錯(cuò)誤并增加流程的移動(dòng)性。其中包括手持式C掃描輥，用于檢查分層等問題，以及手持式熱成像相機(jī)和3D激光掃描儀。其中一些在可以在飛機(jī)上使用之前需要適航性和OEM認(rèn)證，但一旦發(fā)生這些，它們將為更快的維修周期和更自動(dòng)化的過程打開大門。
 

　　“新技術(shù)包括可以通過與先前的配置文件進(jìn)行比較來掃描和檢測缺陷的自動(dòng)化設(shè)備 - 今天大部分仍然是手工完成的，”Sartain指出。
 

　　空中客車公司開發(fā)了一種機(jī)械臂，使用超聲波激光檢測復(fù)合材料的表面下缺陷。與傳統(tǒng)的超聲設(shè)備不同，LUCIE（激光超聲復(fù)合檢測設(shè)備）可以掃描而不與材料接觸。結(jié)合鉸接式機(jī)器人手臂，這使得該技術(shù)非常適合檢測具有復(fù)雜幾何形狀的大型復(fù)合材料零件 - 這些特征在新一代飛機(jī)上越來越常見。
 

　　常見的維修
 

　　由于787和A350分別僅在2011年和2015年投入使用，因此未來幾年內(nèi)首次大型綜合維修浪潮將是幾年。盡管如此，復(fù)合材料機(jī)身易受許多與金屬機(jī)身相同形式的操作損壞，因此總是需要較小的維修工作。這種破壞包括地面設(shè)備碰撞，鳥擊，冰雹和雷擊。同時(shí)，水分進(jìn)入和過熱是某些復(fù)合結(jié)構(gòu)特有的風(fēng)險(xiǎn)。
 

　　通常，損壞非常小，可以推遲到下一次維護(hù)活動(dòng)，但MRO提供商和航空公司技術(shù)部門也提供現(xiàn)場維修。對于最輕微的損壞，例如材料侵蝕，將樹脂刷入受影響的區(qū)域并在環(huán)境溫度下固化。被稱為濕式疊層，這是一種相對簡單的解決方案。
 

　　復(fù)合材料通常通過切除損壞的材料并用螺栓固定或粘接在貼片上來固定，但是對于主要結(jié)構(gòu)部件仍然禁止粘合修復(fù)，除非修復(fù)太小以至于如果貼片脫粘則結(jié)構(gòu)不會受到影響。也就是說，大多數(shù)工程師都喜歡粘合修復(fù)，因?yàn)槁菟ǜ?，需要鉆孔才能進(jìn)一步損壞復(fù)合材料。
 

　　復(fù)合材料MRO的一個(gè)關(guān)鍵增長領(lǐng)域是機(jī)翼外工作，如在不拆除部件的情況下進(jìn)行維修。這已變得越來越重要，因?yàn)檩^大的結(jié)構(gòu) - 例如機(jī)翼和機(jī)身部分 - 無法拆除進(jìn)行維修，這是過去較小復(fù)合材料部件的正常程序。
 

　　對于翼上工作，漢莎技術(shù)公司（LHT）開發(fā)了一種名為CAIRE的自動(dòng)化火焰清理系統(tǒng)。在切掉一塊損壞的碳纖維之后，通過將它們打磨成錐形，用火焰清理來準(zhǔn)備孔的邊緣以形成貼片。錐度的角度取決于被修復(fù)結(jié)構(gòu)的載荷，漢莎航空的移動(dòng)機(jī)器人可以在1平方米（10平方英尺）的CFRP上進(jìn)行翼上，高精度的圍巾。
 

　　LHT創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)部門的工程師Henrik Schmutzler說：“這樣可以實(shí)現(xiàn)更快速的維修，具有高質(zhì)量和可重復(fù)性，是開發(fā)和認(rèn)證更大和結(jié)構(gòu)更重要的維修的必要元素。” CAIRE正在漢堡的Lufthansa Technik工業(yè)化，并將于2019年第三季度投入運(yùn)營。

 

　　波音 波音787采用一體式碳纖維機(jī)頭。
 

　　CAIRE適用于推力反向器以及機(jī)身和機(jī)翼結(jié)構(gòu)，其中包括高度自動(dòng)化工藝的其他技術(shù)，旨在將傳統(tǒng)維修時(shí)間縮短60％。它首先對損壞的復(fù)合材料部件進(jìn)行條形光投影掃描，計(jì)算機(jī)可以從中檢測機(jī)器人銑床。之后，創(chuàng)建復(fù)合層的預(yù)切割并借助于形成單個(gè)層的層板切割機(jī)將其應(yīng)用于正在修復(fù)的部件。切割尺寸的面板與主結(jié)構(gòu)粘合，然后根據(jù)需要使用先前掃描的數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)計(jì)算通過快速原型制作生成的模具進(jìn)行固化。
 

　　空中客車公司開發(fā)了一種類似的便攜式機(jī)器人修理工具，使用水和磨料（而不是激光）混合，以去除高達(dá)500平方厘米（77平方英寸）的受損材料，以替換新的碳纖維。替換材料在現(xiàn)場固化，作為非高壓滅菌器修復(fù)。空中客車公司還提供充氣潔凈室，將制造廠使用的環(huán)境帶到飛機(jī)附近。
 

　　盡管如此，大多數(shù)復(fù)合材料的修復(fù)仍然是通過觸摸勞動(dòng)來完成的。然而，自動(dòng)化流程將成為復(fù)合材料售后市場不可或缺的一部分，部分原因在于對檢查和維修程序施加了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，如果手工完成，則會增加維修時(shí)間。
 

　　“鑒于復(fù)雜零件的檢查和維修由于更嚴(yán)格和受控制的過程而更精細(xì)，因此檢查跨度時(shí)間往往會面臨更多挑戰(zhàn)，”Ang表示。
 

　　健康監(jiān)測
 

　　廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)測性維護(hù)技術(shù)現(xiàn)在正在擴(kuò)展到其他飛機(jī)結(jié)構(gòu)。
 

　　“展望未來，將開發(fā)更多自動(dòng)化修復(fù)流程和掃描方法。將傳感器嵌入結(jié)構(gòu)中并掃描大面積將加快維護(hù)時(shí)間，因此許多研究所正在開發(fā)中，“Bosgraaf說。
 

　　尚未在商用飛機(jī)上使用包含傳感器以檢測結(jié)構(gòu)異常的“智能”碳纖維。然而，它顯示出巨大的希望，OEM的采用可能比一些人預(yù)期的更接近。
 

　　“微電子機(jī)械傳感器（MEMS）的一些進(jìn)步已經(jīng)產(chǎn)生了將應(yīng)變計(jì)嵌入復(fù)合材料中所需的技術(shù)類型，可以主動(dòng)檢測缺陷，”Sartain說。“我認(rèn)為這些技術(shù)可以在未來五年內(nèi)看到。”
 

　　聲學(xué)和超聲波掃描等檢測方法可以發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料中的缺陷，但它們幾乎不能提供有關(guān)振動(dòng)，溫度和沖擊等操作載荷的零件應(yīng)力的信息。因此，通常無法預(yù)測可能發(fā)生裂縫和其他缺陷的位置。
 

　　十多年前，F(xiàn)AA研究人員研究了如何使用粘合劑薄膜傳感器評估應(yīng)力。在那些測試中，將共振傳感器粘合到復(fù)合板上以評估在引入缺陷后的損傷進(jìn)展。
 

　　然而，更好的方法是在材料中嵌入傳感器。由莫斯科國立科技大學(xué)（NUST）MISIS復(fù)合材料中心的Sergey Kaloshkin領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家們提出使用直徑僅為10-60微米的軟磁路來測量碳纖維中的應(yīng)力，碳纖維將具有微導(dǎo)線鋪在層之間的網(wǎng)格中。微導(dǎo)線附近的應(yīng)力會影響物質(zhì)對外部磁場的反應(yīng)。
 

　　NUST MISIS科學(xué)家表示，他們可以在不影響材料結(jié)構(gòu)特性的情況下嵌入電線，現(xiàn)在正在尋求開發(fā)現(xiàn)場原型。如果可行，下一步將是將傳感器結(jié)果傳遞給飛機(jī)健康監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)。
 

　　“在你的結(jié)構(gòu)中安裝傳感器可以讓你更好地了解飛行過程中對結(jié)構(gòu)造成風(fēng)險(xiǎn)的事件，”博斯格拉夫說。“如果將飛行期間收集的數(shù)據(jù)與原始數(shù)字設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，檢查可以更集中的方式進(jìn)行。”
 

　　在新的測試和維修設(shè)備將碳纖維的一些性能提升帶入機(jī)庫之前，航空公司可能不必等待很長時(shí)間。