技術(shù)中心測試機(jī)隊(duì)。這些FAA飛行試驗(yàn)機(jī)位于William J.Hughes技術(shù)中心，用作研發(fā)試驗(yàn)臺(tái)，用于評(píng)估導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和飛行載荷。

以弗所(Ephesus-希臘的一個(gè)地名)的希臘哲學(xué)家赫拉克利特(Heraclitus)曾說過：“變化是唯一不變的。”當(dāng)我們審視航空航天中材料的演變時(shí)，我們可以看到這一說法背后的內(nèi)在真理。萊特飛人是第一架成功的重于空氣動(dòng)力的飛機(jī)。飛行者號(hào)建于1903年，有一個(gè)木制框架。筆直的部分是云杉，彎曲的部分是櫬木。框架上覆蓋著一塊精細(xì)編織的棉布，并用類似于當(dāng)時(shí)水手在帆船1-3上使用的帆布涂料密封。在下一個(gè)飛機(jī)制造時(shí)代，建筑商使用了比木材強(qiáng)得多的金屬合金，從而提高了性能。如今，隨著性能的不斷提高，大多數(shù)飛機(jī)都是由金屬和復(fù)合材料的組合制成的。

波音公司（美國伊利諾伊州芝加哥）于20世紀(jì)50年代首次在其707客機(jī)中使用玻璃纖維，約占結(jié)構(gòu)的2%。從那時(shí)起，每一代波音飛機(jī)的復(fù)合材料比例都有所增加。波音公司的787夢想客機(jī)大約有50%（按重量計(jì)算）是復(fù)合材料4。波音公司在大型運(yùn)輸機(jī)類別中的主要競爭對(duì)手空中客車公司與A350進(jìn)行了競爭，A350也廣泛使用復(fù)合材料，重量也約占50%。然而，由于安全是航空航天工業(yè)的首要任務(wù)，材料隨著時(shí)間的推移逐漸演變。

20世紀(jì)70年代末和80年代初，美國國家航空航天局（NASA）通過其飛機(jī)能效（ACEE- Aircraft Energy Efficiency）先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，向大型運(yùn)輸機(jī)制造商發(fā)起挑戰(zhàn)，要求使用石墨材料重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有飛機(jī)部件。該項(xiàng)目的目標(biāo)是開發(fā)必要的數(shù)據(jù)和技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料的生產(chǎn)承諾。波音公司為其737客機(jī)開發(fā)的石墨/環(huán)氧樹脂水平安定面作為這項(xiàng)工作的一部分，于1984年投入商業(yè)運(yùn)營。它們表現(xiàn)出色，沒有任何服務(wù)事故的報(bào)告。這使得人們對(duì)復(fù)合材料在飛機(jī)主結(jié)構(gòu)中的使用信心增強(qiáng)，并接受度提高。

美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）的使命是提供世界上最安全、最高效的航空航天系統(tǒng)。FAA制定航空法規(guī)，設(shè)定航空安全的最低可接受水平。隨著材料和結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，F(xiàn)AA必須不斷評(píng)估其法規(guī)、政策和指導(dǎo)材料的充分性。《聯(lián)邦法規(guī)法典》第14章包含了所有航空航天的法規(guī)。這些法規(guī)通常是基于性能的，而非規(guī)定性的，這意味著復(fù)合材料和金屬結(jié)構(gòu)都必須達(dá)到相同的安全標(biāo)準(zhǔn)。

除了對(duì)在美國國家航空航天系統(tǒng)（NAS）中飛行的飛機(jī)進(jìn)行認(rèn)證外，F(xiàn)AA還積極主動(dòng)地致力于確保向復(fù)合材料的安全過渡。威廉·J·休斯技術(shù)中心（位于美國新澤西州大西洋城）是FAA的機(jī)構(gòu)，工程師們在這里研究各種各樣的材料，包括復(fù)合材料。2003年，F(xiàn)AA創(chuàng)建了聯(lián)合先進(jìn)材料和結(jié)構(gòu)（JAMS）卓越中心，這是一個(gè)由多所大學(xué)組成的聯(lián)盟，為FAA在測試和分析、粘接和修復(fù)、損傷容限、環(huán)境因素和耐撞性等領(lǐng)域進(jìn)行研究。FAA、航空航天業(yè)和學(xué)術(shù)界并肩合作，不斷提高安全標(biāo)準(zhǔn)。

FAA還通過《復(fù)合材料手冊- 17》（CMH-17）對(duì)復(fù)合材料采取積極的態(tài)度，該手冊提供了用復(fù)合材料設(shè)計(jì)和制造終端產(chǎn)品所需的信息和指導(dǎo)。其主要目的是標(biāo)準(zhǔn)化與當(dāng)前和新興復(fù)合材料的測試、數(shù)據(jù)簡化和性能數(shù)據(jù)報(bào)告相關(guān)的工程數(shù)據(jù)開發(fā)方法。來自世界各地的專家每年都會(huì)開會(huì)為該手冊開發(fā)內(nèi)容，該手冊在為飛機(jī)制造復(fù)合材料部件時(shí)被業(yè)界使用。FAA還通過咨詢通告（Acs-Advisory Circulars ）直接為業(yè)界提供指導(dǎo)。AC 20 - 107B 規(guī)定了制造商在涉及纖維增強(qiáng)材料的飛機(jī)結(jié)構(gòu)適航型號(hào)認(rèn)證要求方面符合 《聯(lián)邦法規(guī)法典》第 14章（14 CFR-14 of the Code of Federal Regulations）的可接受方法。它還包括有關(guān)材料和工藝控制、制造、結(jié)構(gòu)粘接、環(huán)境考慮、結(jié)構(gòu)保護(hù)、生成設(shè)計(jì)值、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、靜態(tài)強(qiáng)度和疲勞以及損傷容限的結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，以及修復(fù)、檢查、耐撞性、防火、可燃性、熱問題和防雷等方面的信息。該咨詢通告最近于2009年更新。然而，由于行業(yè)不斷發(fā)展，下一次修訂也即將到來。

FAA的另一個(gè)高度優(yōu)先事項(xiàng)是培訓(xùn)復(fù)合材料工作人員，這對(duì)于持續(xù)的認(rèn)證效率和運(yùn)行安全至關(guān)重要。這方面的成功取決于FAA工作人員對(duì)復(fù)合材料技術(shù)的了解。考慮到這一點(diǎn)，F(xiàn)AA為其航空安全檢查員創(chuàng)建了復(fù)合材料制造技術(shù)（CMfgT）、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)（CSET）和復(fù)合材料維護(hù)技術(shù)（CMT）課程。這些課程由威奇托州立大學(xué)的國家航空研究所（NIAR）提供。FAA的復(fù)合材料教育舉措還包括為航空公司檢查員開發(fā)課程和熟練樣本，并更新《聯(lián)邦法規(guī)法典》第14章（14 CFR-14 of the Code of Federal Regulations）第147部分對(duì)航空維修學(xué)校的復(fù)合材料培訓(xùn)要求。

NASA在復(fù)合材料研究方面也非常活躍，并創(chuàng)建了先進(jìn)復(fù)合材料聯(lián)盟，以開發(fā)技術(shù)和方法，從而在航空航天中更高效地設(shè)計(jì)和應(yīng)用復(fù)合材料。FAA持續(xù)與NASA和其他政府機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)，以促進(jìn)這些發(fā)展。

使用復(fù)合材料制造飛機(jī)的優(yōu)勢——高比強(qiáng)度、優(yōu)越的疲勞性能、損傷容限和無腐蝕——繼續(xù)使復(fù)合材料成為飛機(jī)設(shè)計(jì)師有吸引力的選擇。FAA與業(yè)界一道，正在努力確保復(fù)合材料飛機(jī)繼續(xù)在我們的天空中安全翱翔。

編后寄語

國產(chǎn)復(fù)材未能適航認(rèn)證，總是個(gè)心病。

制造民機(jī)的復(fù)合材料，長期以來一直由東麗(Toray)、赫氏(Hexcel)、索爾維(Solvay)三家公司提供。近十多年前帝人(Teijin)僅碳纖維,擠進(jìn)了單通道民機(jī)市場（見《機(jī)身

、機(jī)翼用誰家的復(fù)合材料》）。以上這四家公司的復(fù)合材料、碳纖維能夠用于民機(jī)，關(guān)鍵就是這些材料均已通過FAA和EASA的適航認(rèn)證。

商飛成立以前，國內(nèi)許多行業(yè)已經(jīng)使用自己的復(fù)合材料制造產(chǎn)品。由于不是用于民機(jī)，也就沒有哪家公司去做適航認(rèn)證工作。

C919項(xiàng)目一啟動(dòng)，鑒于國內(nèi)沒有經(jīng)適航認(rèn)證的復(fù)合材料，商飛最終還是選用美國氰特（Cytec）的復(fù)合材料。商飛這一決策斷了國內(nèi)碳纖維和基材樹脂行業(yè)，進(jìn)入民機(jī)市場之路。

飛機(jī)制造其實(shí)就是擺弄材料和制造工藝。面對(duì)沒有國產(chǎn)復(fù)合材料這個(gè)窘境，曾經(jīng)建議商飛在使用氰特（Cytec）材料的同時(shí)，組織國內(nèi)碳纖維和基材樹脂行業(yè)，參與C919的研制工作。同時(shí)探索自己材料的適航取證工作。

2013.11.當(dāng)時(shí)工信部副部長蘇波，批復(fù)了我的建議。同時(shí)責(zé)成化工處蔣健處長，召集有關(guān)單位開會(huì)研究。沒想到，幾個(gè)月后她早仙逝。至此，工信部對(duì)這項(xiàng)工作也就沒有了下文。

2018年底商飛完成了，直徑6米、長度13米的復(fù)合材料機(jī)身筒體試驗(yàn)件的制造工作。商飛官網(wǎng)以及媒體均有報(bào)道。最關(guān)鍵的是，它用的誰家的材料？什么牌號(hào)？至今在網(wǎng)上還沒有看到。但可推理：因?yàn)樵囼?yàn)件所用的材料，一定是將來C929機(jī)身所用的材料。所以它用的材料也一定是經(jīng)過適航認(rèn)證的材料。

按國際上民機(jī)供應(yīng)商的慣例，C929機(jī)身一旦選定了國外的材料，在這個(gè)飛機(jī)型號(hào)生命周期內(nèi)，很難更換材料供應(yīng)商。

說來道去，國產(chǎn)民機(jī)得用國產(chǎn)材料，國產(chǎn)材料得經(jīng)適航認(rèn)證。

 

原文見，《The FAA: Keeping up with aerocomposites evolution 》 2016．7．28

楊超凡 2024.7.8