新型飞机驱动修理技术的发展

没得比

　未来10年将会有20000架新一代商用飞机交付使用，其中9000架用于替换目前正在运营的飞机。到2020年全球维修售后市场的支出将达到832亿美元，其中的15%~20%可能会受到新技术的影响。

　　大量采用复合材料和超级合金制成的新一代飞机的交付，带动了修理技术的跨越式发展。除了大量采用新材料，这些飞机还将产生大量的部件性能和健康监控数据，数据量已从兆(M)字节增加到太(T)字节。这意味着颠覆性的维修和数据管理技术的应用速度比以往任何时候都要快。

　　目前，新的修理技术的成果主要出自于复合材料机身和发动机的修理。随着制造商不断加强对新一代飞机机体和发动机售后市场的控制，独立维修企业需要不断增加研发预算以应对这一挑战。与此同时，这类企业想要守住在售后市场的一席之地，还需要有更多的创造性思维和逆向工程。

　　另一方面，现有的修理技术虽然很有效，但成本不低。目前，修理技术的研发重点是：更低廉且使用更简便的修理技术;飞机蒙皮和应力断裂的修理;无损检测方法。

　　航空维修业每年的研发投入通常只占其运营成本的10%，导致新修理技术发展缓慢。航空维修企业通常比较传统，创新不多。事实上，参与调查的维修企业中仅有13%的企业对转变和创新表示欢迎。

　　复合材料非热压罐修理

　　2015年9月，势必锐航空系统(Spirit Aero  Systems)公司引进了非热压罐的推进系统部件修理工艺。经过18个月的测试和论证，该工艺成为了美国联邦航空局(FAA)批准的可供选用的方法(AMOC)。用该方法修理后的复合材料部件的性能和强度可以与用热压罐修理的效果相媲美，这一技术可使那些没有热压罐的维修企业受益。此外，这种新的修理技术非常适用于反推装置的内壁修理工作。

　　这一新的修理系统除了供势必锐自己使用外，还可作为修理套件给授权的维修企业使用。由于势必锐已将切割、定位和铺层等准备工作都做好，使用修理套件的维修企业无须拆开反推系统装置的内部结构，因而可以将修理周期缩短至2天，而用热压罐进行修理的周期为14天。

　　冷喷涂修理

　　标准航空(Standard  Aero)附件服务公司每年的研发费用占其运营费用的5%~10%。该公司计划于2016年年初引入一种较新的冷喷涂方法，用于对发动机部件进行尺寸恢复和腐蚀修补。

　　冷喷涂实际上是一种固态涂层工艺，用高速气体加速金属粉末至超声速后沉积在基体表面。塑性变形的金属粒子沉积在受损零件表面，用于修补零件缺失的部分。测试结果显示，金属材料更适合用冷喷涂而非热喷涂工艺进行修理。

　　经过评估，冷喷涂技术对风扇机匣等铝合金结构件的修理非常有效。钢和铝部件容易被腐蚀，采用冷喷涂技术可对外形复杂的零部件进行小范围的修理，而不必像热喷涂修理那样要去除多余喷涂材料。

　　由于缺少技术规范，标准航空只好利用一个“试验/测试矩阵”对所有可用于冷喷涂的材料进行试验分析。试验/测试矩阵将采用已获得批准的热喷涂材料的测试结果或规范要求，例如，将Inconel  718热喷涂材料的拉伸性能和常量分析要求作为Inconel 718进行冷喷涂测试的依据。此外，标准航空将会与制造商共同建立冷喷涂技术应用规范。

　　GE航空也在研究如何在低温状态下将金属粉末附着在基体上，用于恢复发动机转子部件的封严装置。GE航空认为，冷喷涂是通过动能熔化金属粉末而不是采用加热的方式，这一增材制造技术拥有独一无二的低热工艺，可防止零部件过热而发生变形和组织破坏，因而可用以恢复许多部件的磨损部分。小颗粒的金属能很快附着在修补的部位，极大地减少了传递给零部件的热量，之后再经过适度的打磨就可以使零件恢复原状。

　　低热也意味着在修理过程中引入的热应力和变形量小，从而提高了维修的生产率，因为相较于热喷涂技术，采用冷喷涂技术进行修理减少了零部件出现裂纹的概率。GE航空预计于2016年上半年在发动机修理中采用冷喷涂技术，最初将用在GE90-94B发动机的Inconel  718转子密封件上。

　　纳米涂层技术

　　在沙漠或高盐分环境中运营的飞机面临着发动机部件腐蚀的高风险，特别是高压压气机的叶片。为此，MTU公司近期推出了一种先进耐腐蚀纳米技术涂层ERCoateco，能够为发动机抵抗颗粒和液体的侵蚀。ERCoateco涂层是MTU基于多年物理气相沉积(PVD)技术专长和实践经验开发出来的，使得零部件的报废率可降低30%，燃油消耗量可下降0.5%，从而减少了二氧化碳的排放量，延长了发动机的在翼时间，极大节约了运营成本。

　　MTU将每年研发费用的10%(约1.6亿欧元)用于维修新技术的开发，主要包括机械加工、表面处理、尺寸恢复和测试各种应用程序等。此外，MTU还开发了数据管理工具，以便更好地评估和利用现有的维修经验。同时，MTU还致力于提高生产率和降低报废率。

　　新焊接技术

　　为了更好地满足发动机零部件尺寸恢复的需要，普惠公司开发了多种新的焊接技术。

　　其中的一种可用于替代钨极氩弧(TIG)焊。该焊接技术可以比TIG焊节省75%的时间，并且适用于大部分的可应用TIG焊的非结构零部件。普惠公司3年前引入了这种新焊接技术，用于处理零部件磨损导致的性能退化。普惠公司曾经使用这一新焊接方法修复零件表面的磨损，完成修理的零件能完全满足设计规范要求，因此正在扩大该新焊接方法的应用范围。

　　普惠公司在4年前引进的固体摩擦焊是一种具有突破性的修理技术，它可以完成一些以前无法开展的修理工作。摩擦焊无需将材料熔化，保持了金属基体的关键微观结构，因而可以保持原材料的大部分的机械性能，这也是很多合金材料采用TIG等传统焊接方法无法达到的效果。

　　着眼于未来的发展

　　势必锐公司正在研发的发动机短舱修理的新技术，同时该技术也可用于新一代飞机的机身复合材料主结构的修理。

　　标准航空已经将其注意力放在了复合材料零部件的修理技术上。目前，该公司所修理的发动机的金属部件和复合材料部件的比例为80∶20，未来10年内，这一比例将有望达到50∶50。标准航空认为，该公司目前所面临的挑战是如何做好新型发动机复合材料零部件的修理准备工作，这意味着要准备好相应的修理设备和技术，以及复合材料零部件的检测、铺层和更复杂的加工方法。

　　标准航空也在进行陶瓷基复合材料(CMC)的修理准备工作。由于传统发动机从未使用过该材料，因此没有现成的修理方法。未来CMC材料或将应用于燃烧室内衬、风扇机匣和热端部件上，包括叶片、导向器、罩环、喷嘴和尾喷管等。

　　知识产权决定维修业务的发展

　　随着修理技术日益复杂，知识产权的获取将会成为一个大问题。知识产权将成为修理业务发展的决定性因素。尽管制造商不断加强对售后市场的垄断，但是新的想法和解决方案仍有发展空间。

　　如果缺乏知识产权，大多数维修企业将丧失拓展维修能力的基础，研发新的修理技术需要对技术本身和相关数据有全面的了解，这也是越来越多维修企业选择与制造商合作的原因。