《飛機複合材料結構適航符合性證明概論》是航空工業出版社出版的圖書，作者是楊乃賓、梁偉。
基本介紹
- 書名：飛機複合材料結構適航符合性證明概論
- 又名： ESSENTIALS of PROOF of COMPOSITE AIRCRAFT STRUCTURES
- 作者：楊乃賓、梁偉
- ISBN：9787516504024
- 頁數：287
- 出版社：航空工業出版社
- 出版時間：2015年1月
- 裝幀：平裝
- 開本：16
內容簡介,前言,目錄,
內容簡介
本書對民用飛機複合材料結構適航要求符合性進行了證明，領會AC20-107B技術內涵，全面綜合分析章節技術關聯，結合國外飛機製造商在大型民用飛機複合材料結構設計、製造、驗證和使用、維修方面的成果和經驗，對飛機複合材料結構，材料和製造研發，結構符合性證明（靜力、疲勞和損傷容限、顫振和其他氣動彈性不穩定性）和持續適航以及三個專題（耐撞損性，防火、可燃性和熱問題，閃電防護）等進行較為系統的論述，並列舉了大型民用飛機結構符合性驗證試驗典型範例以供參考。
前言
飛機適航性是航空器能在預期的使用和環境中安全飛行（包括起飛和著陸）的固有品質。這種品質是基於良好的設計特性，並通過合適的維修而持續地保持。適航要求是航空史上飛行事故換來的經驗教訓結晶，適航性是航空器必須具有的屬性之一。民用航空適航管理模式國際通行、航空規章要求一致，已成國際慣例。20世紀80年代後期，美國軍方最先提出了軍用飛機適航性的概念，用民用航空器適航管理提高軍用航空器安全水平。到90年代中後期，軍用飛機適航性的概念基本成熟，並在大型運輸機（如C-17）上得到成功套用。現代軍用飛機按照適航理念進行設計和審定，使其安全運行特性得到進一步提高，套用也得到拓展。注意到民用飛機與軍用飛機兩者適航要求的差異是十分重要的。
機體結構是飛機的軀幹，是實現飛機承載和功能的主體。民用飛機適航要求符合性是飛機運營安全性的最低要求，機體結構必須滿足上述相關的適航要求。
複合材料以碳纖維增強聚合物（樹脂）基體為代表，經歷半個多世紀的研發和工程套用，特別是在飛機結構上的大量套用，現已成為大型民用飛機主結構材料之一。從而結束了以鋁合金作為飛機機體結構材料的壟斷地位。飛機複合材料結構符合性證明作為型號合格審定一部分備受關注。為此，構思撰寫《飛機複合材料結構適航符合性證明概論》專題闡述。
本書依據中國民用航空規章第25部（CCAR-25-R4），兼顧23部、27部和29部，美國聯邦航空局FAA AC 20-107B“複合材料飛機結構”給予的指導，在對複合材料固有特性帶來的適航審定新問題分析基礎上，領會AC20-107B技術內涵、全面綜合分析章節技術關聯，結合國外飛機製造商在大型民用飛機複合材料結構設計、製造、驗證和使用維修方面的成果和經驗，對飛機複合材料結構，材料和製造研發、結構符合性證明（靜力、疲勞和損傷容限、顫振和其他氣動彈性不穩定性）和持續適航以及三個專題（耐撞損性；防火、可燃性和熱問題；閃電防護）等進行較為全面系統地論述，並列舉大型民用飛機結構適航要求符合性驗證試驗典型範例以供參考。
美國聯邦航空局FAA於2009年9月8日頒布的諮詢通告AC 20-107B“複合材料飛機結構”是AC 20-107A的完善和發展，收集總結了近25年來纖維增強聚合物基複合材料的研發和使用經驗，反映了技術最新進展，內容涵蓋了複合材料結構套用所有方面，而且可操作實施。本書編寫過程中把翻譯AC 20-107B作為一個學習、理解民用航空規章（適航規章）要求符合性證明及國外複合材料使用經驗和先進技術的過程，逐字逐句推敲，9次修改譯文以正確理解和表達諮詢通告的技術內涵，並採用中國民用航空規章CCAR-25-R4的用語表述，以有助於正確理解和執行。譯文附後，供參考。
本書編撰歷經數載，幾易書稿，推敲求真，更新補漏，力求完美。民用航空適航理念和總則的學習、形成和建立對本書編撰至關重要。這是一個由軍用飛機設計理念向民用飛機適航理念轉變的艱難過程。為此，我們付出了高昂的代價。按民用航空規章（適航規章）辦事，論述用語規範，建立知識平台。充分認識複合材料固有特性（內在技術製備材料、性能可設計、對濕/熱環境及衝擊敏感、層間強度薄弱等）與金屬材料性能差異帶來的合格審定新問題，依據中國民用航空規章（CCAR-25-R4）要求闡明符合性證明方法，形成編撰本書的堅實基礎，體現出本書編撰特點。
本書內容首先闡明民用航空適航理念和複合材料結構型號合格審定總則，以統一認知，取得共識。按AC 20-107B“複合材料飛機結構”的技術體系編排，條理清楚、層次分明，便於閱讀和套用。增加闡明民用飛機適航要求特點，以破壞條件定義飛機破壞級別、適航規章要求的安全水平、民用飛機結構完整性、複合材料結構設計準則要求和避免災難性破壞的設計考慮和符合性證明等項內容是突出了本書民用飛機複合材料結構符合性證明的特色和新的重要認知。
對大型民用飛機複合材料套用的熱點話題展開論述是本書另一個亮點。熱點話題涉及：材料和製造工藝合格鑑定、穩定性評價方法、變更等同性評定、結構膠接；許用值和設計值、“積木式”方法、自然環境（濕/熱）和應力環境（重複載入，高頻次起降飛行循環）影響以及長壽命使用期（20~30日曆年）材料性能退化；缺陷/損傷，特別是膠接結構開膠情況損傷容限設計、以及氣動彈性（剪裁設計和非結構因素影響）問題等。
本書增加飛機結構複合材料套用認知要點和術語，以利於信息交流和便於閱讀。
全書內容力求概念清楚、科學嚴謹、深入淺出、實用可行，與CCAR-25-R4“運輸類飛機適航標準”相一致，反映民用飛機複合材料結構適航要求符合性證明的最新進展。閱讀本書需具備飛機結構設計和複合材料方面的基礎知識。
本書是一本旨在全面系統闡述大型民用飛機複合材料（以碳纖維聚合物基複合材料為代表）結構符合性證明的編著。
本書可供航空工業飛機適航審定人員，設計、材料、製造和維修保障人員以及其他相關工程技術人員和研究人員參考，也可供高等院校相關專業作為教學參考或教材使用。
本書編撰得到了國內著名複合材料專家鐘至人研究員的指導和友情相助，柳作宇及李岩、劉傑、孟凡力、賈大煒等給予的真誠合力支持，在此深表感謝。向所有關心支持幫助我們的專家、學者和工作人員表示感謝。向參與圖文整理和錄入工作的研究生劉宇峰、賀昱、吳龍、蘇小虎等表示感謝。
由於水平和資料所限，錯謬之處在所難免，敬請指正！
目錄
第一章 適航概念和合格審定 13
1.1適航性與飛行安全 13
1.1.1適航性的提出和品質特徵 13
1.1.2適航要求的安全水平 1
1.1.3民用飛機與軍用飛機適航要求差異 3
1.2適航規章和型號合格審定 5
1.2.1適航規章 5
1.2.2型號合格審定 6
1.3符合性驗證方法 9
1.3.1 符合性驗證方法 9
1.3.2 符合性方法實施要點 10
1.4適航管理及各方責任 11
1.4.1適航管理主要內容和特點 11
1.4.2保障飛行安全相關各方責任 13
1.4.3設計保證系統 14
第二章 複合材料結構符合性證明總則 15
2.1複合材料結構符合性證明依據 15
2.2複合材料結構符合性證明中的新問題 15
2.2.1 結構複合材料固有特性和力學性能表征 15
2.2.2複合材料結構套用特殊考慮 19
2.2.3複合材料結構合格審定中的新問題 20
2.3 AC 20-107B技術內容體系分析 21
2.3.1 民用飛機複合材料結構三十多年套用結晶 21
2.3.2 AC 20-107A的更新/更改 23
2.3.3 AC 20-107B技術內容體系分析 24
2.3.4 適用的符合性方法 25
2.4 AC 20-107B諮詢通告目的和總則的修訂 25
2.4.1諮詢通告（§1）對目的的進一步明確 25
2.4.2 總則（§5）修訂內容 26
2.5複合材料飛機結構設計準則 27
2.5.1 民用飛機結構完整性 27
2.5.2 複合材料飛機結構設計準則 28
2.5.3 避免災難性破壞的設計考慮和符合性證明 35
第三章 材料和製造研發 38
3.1民機用複合材料 38
3.1.1 民機用複合材料研發 38
3.1.2 民機用複合材料性能指標要求 40
3.1.3民機用複合材料現狀 41
3.2材料和製造研發的目的、依據規章和基本程式 41
3.2.1材料和製造研發的目的 41
3.2.2材料和製造研發依據規章 42
3.2.3材料和製造研發基本程式 42
3.3材料和製造工藝內容分析 42
3.3.1 材料和製造方法航空規章複合材料套用 42
3.3.2 材料和工藝控制內容分析 43
3.3.3 製造實施內容分析 45
3.4.複合材料和工藝合格鑑定 46
3.4.1複合材料和工藝合格鑑定目的和要求 46
3.4.2 複合材料和工藝合格鑑定程式 46
3.4.3 材料合格鑑定數據 49
3.4.4材料鑑定和性能等同指南——建立共享資料庫 49
3.5 材料規範和工藝規範 50
3.5.1 材料規範和材料質量控制 50
3.5.2 工藝規範和工藝質量控制 52
3.5.3製造固化工藝與材料固化工藝一致性分析 54
3.5.4 複合材料結構質量保證 56
3.6 材料性能穩定性評價方法 58
3.6.1 材料性能穩定性定義和評價指導 58
3.6.2 材料性能穩定性評價準則 59
3.6.3 材料性能穩定性保證體系——評價基礎 63
3.6.4 材料性能穩定性評價程式 63
3.6.5 材料性能穩定性綜合評價 64
3.7複合材料和/或工藝變更等同性評定 66
3.7.1 變更等同性評定目標 66
3.7.2 材料和/或工藝變更的分類 66
3.7.3 變更的合格鑑定和結構證實要求 69
3.7.4 變更證實的符合性原理 71
3.7.5變更證實試驗 72
3.7.6. 變更等同性評定小結 72
3.8 結構膠接 74
3.8.1結構膠接工藝技術特點 74
3.8.2 結構膠接工藝合格鑑定 76
3.8.3 結構膠接的質量控制 77
3.8.4 結構膠接符合性證明 78
3.8.5膠層失效的處理措施 78
3.8.6 結構膠接推廣套用技術途徑 78
3.9 環境考慮 79
3.9.1 環境設計準則 79
3.9.2 環境因素的結構設計考慮 79
3.9.3 環境因素的結構應力分析考慮 79
3.10結構保護 80
3.10.1結構保護條款 80
3.10.2 結構保護實施 80
第四章 結構符合性證明——靜力 81
4.1 複合材料結構設計特點與靜強度評定要求 81
4.1.1複合材料結構設計特點 81
4.1.2 結構靜強度評定要求 81
4.1.3結構靜強度符合性證明特點 81
4.2 “積木式”方法 82
4.2.1 “積木式”方法基本原理 82
4.2.2 “積木式”方法複合材料結構研製的套用 83
4.2.3 “積木式”方法實施要點 86
4.2.4 “積木式”方法關鍵技術 88
4.2.5 “積木式”方法概要小結 89
4.3 民用飛機“積木式”驗證方法套用 90
4.4 許用值和設計值 93
4.4.1 材料性能確定的依據 93
4.4.2複合材料許用值和設計值的定義 96
4.4.3複合材料許用值和設計值的確定 99
4.5全尺寸結構靜力試驗 112
4.5.1 結構靜力試驗技術要點 112
4.5.2 靜力試驗件 112
4.5.3 靜力試驗對材料和工藝變異性、衝擊損傷影響因素考慮 112
4.5.4 靜力試驗對重複載入與環境暴露影響考慮 113
4.5.5 靜力試驗的載荷放大係數 113
4.5.6 結構靜強度符合性分析證明與試驗證實 114
第五章 結構符合性證明——疲勞和損傷容限 116
5.1結構疲勞和損傷容限評定依據和證實方法 116
5.1.1結構疲勞和損傷容限評定依據 116
5.1.2結構疲勞和損傷容限符合性證明方法選擇指南 118
5.2 複合材料疲勞和損傷容限特性 118
5.2.1 複合材料疲勞特性 118
5.2.2 複合材料損傷容限特性 119
5.2.3 結構複合材料疲勞和損傷容限主要特點 124
5.3複合材料結構損傷容限原理 124
5.3.1損傷容限的基本要求 124
5.3.2損傷容限設計準則 125
5.3.3 損傷容限評定技術體系 127
5.4 結構損傷危害性評定和損傷類別定義 128
5.4.1結構損傷危害性評定要求 128
5.4.2 外來物衝擊調查的內容和目的 129
5.4.3外來物衝擊環境和衝擊損傷定義 129
5.4.4 5個損傷類別定義和結構證實要求 137
5.4.5 初始損傷假設和意外衝擊損傷設計考慮 139
5.4.6 損傷結構剩餘強度曲線和剩餘強度要求 143
5.5 損傷擴展確認和檢查間隔確定 146
5.5.1 損傷“無擴展”“緩慢擴展”和“阻止擴展”方法設計概念 146
5.5.2 損傷擴展特性確認 148
5.5.3檢查間隔確定 148
5.6疲勞載荷譜編制和載荷放大或壽命分散係數 149
5.6.1 疲勞載荷譜編制 149
5.6.2載荷放大或壽命分散係數 150
5.7 損傷容限驗證試驗 152
5.7.1 損傷容限驗證試驗方案制定要求 152
5.7.2損傷容限“積木式”驗證試驗 155
5.8 複合材料結構的耐久性 157
5.8.1耐久性要求和目標 157
5.8.2耐久性設計考慮與疲勞失效定義 157
5.8.3複合材料結構耐久性行為特點 157
5.8.4耐久性分析程式 158
5.9 結構疲勞評定 158
5.10 結構損傷容限與疲勞的聯合評定 159
5.11 疲勞和損傷容限符合性證明的證實有效期(LOV) 159
5.11.1 背景和證實有效期(LOV)定義 159
5.11.2證實有效期(LOV)建立依據和方法 160
5.11.3 複合材料結構疲勞和損傷容限符合性證明的證實有效期 160
5.12 結構聲疲勞強度評定 161
5.12.1 聲疲勞強度特點 161
5.12.2 結構聲疲勞強度評定依據和證明方法 162
5.12.3 聲載荷和聲載荷譜編制 162
第六章 結構符合性證明——顫振和其它氣動彈性不穩定性 164
6.1 飛機結構氣動彈性穩定性適航要求 164
6.1.1 飛機結構氣動彈性問題 164
6.1.2 飛機結構氣動彈性穩定性適航審定依據 168
6.1.3 結構氣動彈性穩定性設計與試驗證實特點 168
6.2 複合材料（翼面）結構氣動彈性新問題 170
6.2.1 複合材料氣動彈性剪裁設計 170
6.2.2 複合材料結構氣動彈性相關的關鍵性能影響因素分析 172
6.2.3 複合材料結構氣動彈性實例 172
6.3 結構氣動彈性穩定性評定 173
6.3.1 結構氣動彈性穩定性評定方法 173
6.3.2 結構氣動彈性穩定性評定試驗 173
6.4 複合材料結構氣動彈性分析和試驗 173
6.4.1 複合材料結構氣動彈性關鍵問題 173
6.4.2 複合材料結構氣動彈性研究工作 174
6.4.3 複合材料翼段/舵面顫振試驗 174
第七章 持續適航 177
7.1 持續適航管理和支持技術特點 177
7.1.1 持續適航管理目的和工作三要素 177
7.1.2 持續適航支持技術特點 177
7.1.3 持續適航檔案 178
7.1.4 持續適航責任 178
7.2 持續適航依據 178
7.3 維修設計 179
7.3.1 維修程式編制（飛機維修計畫） 179
7.3.2 結構修理手冊——結構修理設計和工藝 179
7.3.3 異常事件損傷處置程式 180
7.4 複合材料結構維修設計 180
7.4.1 維修設計的關鍵問題和維修性 180
7.4.2 結構使用維修損傷檢查 181
7.4.3 損傷修理要求 181
7.4.4 結構修理設計和工藝驗證 182
7.5 團隊合作和人員培訓 182
7.5.1 技術人員資格要求 182
7.5.2 其他人員資格要求 182
7.5.3 團隊合作和人員培訓 183
第八章 結構符合性證明——附加考慮 184
8.1結構符合性證明——耐撞損性 184
8.1.1飛機結構耐撞損性定義和技術特點 184
8.1.2 飛機結構耐撞損性設計要求與評定 184
8.1.3 複合材料機身結構耐撞損性評定準則和防火安全要求 184
8.1.4 複合材料結構撞損的物理和力學問題 185
8.1.5 複合材料結構耐撞損性分析和驗證試驗指導 185
8.2結構符合性證明——防火、可燃性和熱問題 186
8.2.1防火、可燃性和熱問題適航要求 186
8.2.2 複合材料結構火災危害處理和安全性描述 186
8.2.3 飛行中的火災問題 186
8.2.4 複合材料結構外部防火特殊考慮 187
8.2.5 複合材料結構的高溫暴露問題 187
8.3 結構符合性證明——閃電防護 187
8.3.1 閃電環境和閃電效應危害 187
8.3.2 閃電防護的適航要求和設計 191
8.3.3 閃電防護設計驗證 196
8.3.4 靜電及其防護 196
第九章 結構符合性驗證試驗 198
9.1 結構符合性驗證試驗 198
9.1.1結構符合性證明定義 198
9.1.2結構符合性驗證試驗特點 198
9.1.3試驗任務書和試驗大綱 198
9.2 波音777尾翼安定面結構符合性驗證試驗（波音公司範例） 198
9.2.1安定面結構試驗大綱 198
9.2.2 安定面結構試樣和元件試驗 199
9.2.3 安定面結構細節和次部件試驗 200
9.2.4安定面結構適航符合性驗證試驗 201
9.3 空中客車公司尾翼安定面結構符合性驗證試驗 207
9.3.1 A310-300垂直尾翼安定面符合性驗證試驗 207
9.3.2 A320垂直尾翼結構符合性驗證試驗（空中客車公司範例） 210
9.3.3 A380水平安定面符合性驗證試驗 217
9.4 波音787機翼結構符合性驗證試驗 218
9.4.1 預生產型複合材料機翼結構試驗 218
9.4.2 波音787-8複合材料機翼結構驗證試驗 220
9.5 中央翼盒結構符合性驗證試驗 222
9.5.1 中央翼盒的功能與結構特點 222
9.5.2 中央翼盒（整體油箱）設計分析 222
9.5.3 中央翼盒（整體油箱）符合性驗證試驗 223
9.5.4 中央翼盒設計參考 224
9.6 複合材料機身結構符合性驗證試驗 225
9.6.1機身結構複合材料套用新問題 225
9.6.2 機身結構兩跨元件損傷壁板試驗 227
9.6.3 機身筒段研製試驗舉例 229
9.7 波音787全尺寸靜力和疲勞試驗 230
9.8空中客車公司A380型號合格審定試驗（概況） 231
9.8.1. 機體結構試驗 231
9.8.2.飛行試驗 231
FAA AC 20-107B 複合材料飛機結構（譯文） 233
1. 本諮詢通告的目的 233
2. 本諮詢通告的適用對象 233
3. 撤消 233
4. 有關規章和指導性資料 233
5. 總則 233
6. 材料和製造研發 234
7. 結構符合性證明──靜力 237
8. 結構符合性證明──疲勞和損傷容限 240
9. 結構符合性證明──顫振和其他氣動彈性不穩定性 245
10. 持續適航 246
11. 附加考慮 247
附錄1 適用的規章和有關的指南 262
1 適用的規章 262
2 指導性資料 263
附錄2 定義 265
附錄3 複合材料和/或工藝的變更 267
飛機結構複合材料套用認知要點 275
（Ⅰ）材料、製造工藝和結構設計 275
（Ⅱ）結構符合性證明 276
（Ⅲ）設計和驗證試驗中的係數 278
術語 282
縮略語 290
