飛機(jī)鉚接裝配故障分析與解決方法

楊斌

摘要：飛機(jī)結(jié)構(gòu)鉚接是飛機(jī)裝配的重要過程之一。除了可以保證飛機(jī)結(jié)構(gòu)的剛性需求還要符合外形氣動(dòng)的要求，也是貫徹飛機(jī)設(shè)計(jì)思想的過程。但是，飛機(jī)鉚接裝配過程中會(huì)出現(xiàn)很多不可預(yù)測(cè)的不定因素。

關(guān)鍵詞：故障類型；復(fù)合材料；修理方法；工藝過程

中圖分類號(hào)：V262 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0043-02

1 常見故障類型與解決方向

我們對(duì)飛機(jī)在鉚接裝配過程中所產(chǎn)生的故障以及需要修理的結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行了總結(jié)。主要有以下幾方面：

產(chǎn)生故障的原因：由于設(shè)計(jì)原因引起的裝配問題；由于操作者工作失誤引起的裝配故障；由于工藝方法不合理引起的故障；

修理方案及后果：故障修理的目的是要達(dá)到設(shè)計(jì)思想的要求。因此，根據(jù)發(fā)生故障的形式及程度采取相應(yīng)的措施和方法。

本文對(duì)飛機(jī)鉚接裝配過程中常見的結(jié)構(gòu)故障進(jìn)行故障分析與解決方法的總結(jié)。討論的故障范圍為：飛機(jī)在生產(chǎn)制造過程中出現(xiàn)的非人為原因及人為原因?qū)е碌墓收希?jīng)過總結(jié)主要有以下幾種類型：

1.1 零件超差

工裝等問題可能會(huì)導(dǎo)致零件尺寸超差，帶來裝配和強(qiáng)度問題。對(duì)于低成本零件，一般采取更換合格零件的方法；對(duì)于高成本零件，根據(jù)超差情況，在能補(bǔ)償?shù)那疤嵯聝?yōu)先考慮補(bǔ)償方案。

1.2 干涉現(xiàn)象

在零件不超差的前提下出現(xiàn)的干涉現(xiàn)象一般是由于公差積累或裝配技術(shù)缺陷造成的。輕微的一般采取調(diào)整辦法，不可調(diào)整的則視情況修理干涉處或重新裝配。

1.3 階差現(xiàn)象

這種現(xiàn)象也是由于公差積累和裝配技術(shù)缺陷造成的。如飛機(jī)邊梁的裝配階差會(huì)導(dǎo)致中部結(jié)構(gòu)與底部結(jié)構(gòu)對(duì)接時(shí)外形無法平滑過度。輕微的一般采取調(diào)整辦法，不可調(diào)整的則須要更換零件重新裝配。

1.4 鼓動(dòng)現(xiàn)象

大面積的鈑金零件裝配后表面應(yīng)力分布不均勻造成的局部彈性突起現(xiàn)象叫做鼓動(dòng)現(xiàn)象。

該故障常見于飛機(jī)的蒙皮、地板和鈦板等結(jié)構(gòu)上。除了裝配中產(chǎn)生的應(yīng)力外，由于環(huán)境溫差出現(xiàn)熱脹冷縮也會(huì)導(dǎo)致鼓動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。該現(xiàn)象會(huì)加速零件疲勞，所以必須采取調(diào)整或補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ膭?dòng)。

1.5 間隙問題

形成零件之間間隙的原因很多，公差積累、裝配缺陷、零件超差、變形等都會(huì)使零件之間產(chǎn)生間隙。值得一提的是，一些設(shè)計(jì)上的缺陷會(huì)導(dǎo)致重復(fù)的、不可避免的間隙問題。對(duì)于小的間隙，一般用墊片補(bǔ)償；對(duì)于較大的間隙，則需要改變零件結(jié)構(gòu)才能補(bǔ)償。

如用盒型件連接兩個(gè)固定框，三個(gè)件都已是剛體沒有可調(diào)整的設(shè)計(jì)補(bǔ)償，它們連接時(shí)必然要產(chǎn)生不同大小的間隙。原因就是裝配誤差和零件制造誤差都存在，使每架飛機(jī)兩固定框裝配時(shí)的間隙不同。那么，解決方法就是給出設(shè)計(jì)補(bǔ)償—將盒型件的一側(cè)改為角材連接，角材與盒型件連接面要長(zhǎng)，可以調(diào)整角材與盒形件鉚接時(shí)的位置，從而消除間隙。

1.6 復(fù)合材料損傷

復(fù)臺(tái)材料結(jié)構(gòu)的損傷有各種形式，大部分損傷是由外來物沖擊引起的，沖擊導(dǎo)致的損傷可從小的凹坑到內(nèi)部分層直至大面積全厚度穿孔。由于復(fù)臺(tái)材料極易分層，因此有必要檢查損傷區(qū)周圍以確定是否有分層存在。修理過程中的笫一個(gè)重要步驟就是確定損傷區(qū)域，常用的檢測(cè)手段是超聲波和X射線檢測(cè)。

可修理的最大尺寸與部件的構(gòu)造有關(guān)。對(duì)厚度為2～10mm的整體壁板，最大可修理尺寸目前定為直徑lOOmm；對(duì)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，可修理的最大表板面積是80cm2，最大穿孔尺寸為直徑15Omm。

2 典型故障分析與解決方法

2.1 管梁壁超差問題

在某型直升機(jī)的座艙罩管梁結(jié)構(gòu)中，一處管梁壁厚度超差，厚度尺寸小于圖紙要求。該位置屬于艙門合頁的安裝位置，預(yù)先安裝了盲孔螺母，由于厚度超差，導(dǎo)致強(qiáng)度變小。

由于更換整個(gè)管梁的成本太高，我們優(yōu)先考慮補(bǔ)償方案。通過觀察，我們發(fā)現(xiàn)超差處盲孔螺母周圍的空間富余，可以用托板螺母結(jié)合加強(qiáng)片代替盲孔螺母的方法來增加該區(qū)域的強(qiáng)度。加強(qiáng)片的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，既要起到鉚接過渡的作用，又要在尺寸上同時(shí)滿足托板螺母的固定和修理操作的空間要求。方案如下：（1）制造加強(qiáng)片；（2）將托板螺母與鉚接在一起；（3）將故障處的開孔擴(kuò)大，并將鉚接到管梁內(nèi)側(cè)；（4）用EA9396膠填充開孔處縫隙。

這樣，超差區(qū)域的強(qiáng)度得到了補(bǔ)償，修理過程也比較簡(jiǎn)單，外觀上基本沒有變化。該方法亦適用于一些螺母孔超差的情況。

2.2 防火墻鼓動(dòng)問題

鈦板材料的防火墻結(jié)構(gòu)在裝配過程中對(duì)表面應(yīng)力十分敏感，容易出現(xiàn)鼓動(dòng)現(xiàn)象。這不僅影響零件的外觀、帶來噪音，在長(zhǎng)期使用中還會(huì)影響零件的壽命，降低抗減能力。鼓動(dòng)的效果。

防火墻的鈦板較薄，一般在0.5mm左右，其屈服應(yīng)力值很低。因此較小的裝配尺寸的調(diào)整往往不足以消除鼓動(dòng)，增加剛度是最直接的辦法。通過鉚接L形角材，可阻止鈦板變形，同時(shí)也可提高鼓動(dòng)區(qū)域的剛度。方案如下：（1）制造加強(qiáng)角材；（2）將鉚接到鼓動(dòng)區(qū)域，阻止其變形

值得思考的是：該方案雖然阻止了鈦板變形，但應(yīng)力沒有得到釋放且外觀發(fā)生了改變。在找到新的方法之前，我們更應(yīng)將思路放在如何杜絕這種現(xiàn)象上，比如工裝技術(shù)的提高等。

2.3 復(fù)合材料損傷問題

常見的復(fù)合材料損傷一般都采用膠接修理技術(shù)，可根據(jù)損傷程度來選擇不同的工藝方法。

對(duì)于僅影響氣動(dòng)外觀的小損傷（如整流罩凹坑、劃痕、脫漆等），可進(jìn)行裝飾性修理。目的是恢復(fù)氣動(dòng)光滑性，通過填充或者刷膠即可完成。小面積脫膠或分層可用注膠的方法修理。鉆一些通到損傷層的小孔作為注膠孔和溢膠孔，加熱膠液并用壓槍注入孔中直至膠液從鄰近的溢膠孔中溢出，固化后使修理區(qū)和未修理區(qū)連成一體。

（1）外加強(qiáng)板修理。這種方法主要用于薄板及蜂窩表板的修理。修理后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可達(dá)原結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度的50%～80%，恢復(fù)程度取決于補(bǔ)板和膠層強(qiáng)度及被修理板的自身厚度。外加強(qiáng)扳通常使用碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料和鈦合金箔片。使用復(fù)合材料補(bǔ)板時(shí)，纖維的鋪層順序應(yīng)盡可能與原結(jié)構(gòu)相同，而且為保持外緣的楔形，各層布的尺寸應(yīng)從內(nèi)到外依次減小，在選擇成形工藝時(shí)還需要考慮修理表面的曲率。采用鈦合金箔片時(shí)，將鈦板一層層涂膠后鋪貼于損傷部位（通常在兩層鈦板之間加一層玻璃布以減小加強(qiáng)板的剪切模量）。鈦合金板的優(yōu)點(diǎn)是沒有鋪層方向問題，使用溫度高。

（2）光滑外表面修理。這種方法主要用于較厚板或氣動(dòng)光滑性要求嚴(yán)格部位的修理，修理后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可達(dá)原結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度的60%～100%。光滑表面修理常用的加強(qiáng)板材料是碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料，并要求鋪層順序與原結(jié)構(gòu)相同，為保證加強(qiáng)板與原結(jié)構(gòu)很好地貼合，多采用共固化法成形。這種修理方法的優(yōu)點(diǎn)是偏心載荷小，氣動(dòng)性好；缺點(diǎn)是為了得到所需要的楔形，需祛除大量未損傷材料。

2.4 待解決的問題

事實(shí)上，這些方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，并取得了滿意的效果。但是，仍然有一些問題值得我們思考。比如：（1）為了減少修理時(shí)間以提高生產(chǎn)效率，能否在傳統(tǒng)工藝方法的基礎(chǔ)上提煉出一套合法合理的快速修理工藝；（2）現(xiàn)代飛機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上日趨復(fù)雜，對(duì)裝配尺寸的要求也越來越高，在工裝定位技術(shù)上能否繼續(xù)突破以適應(yīng)這種形勢(shì)；（3）在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位出現(xiàn)損傷時(shí)，人工操作的無損檢測(cè)很容易受到非損傷區(qū)域的干擾，能否開發(fā)出快速、準(zhǔn)確的自動(dòng)無損檢測(cè)手段來保證損傷檢測(cè)的精度；（4）在膠接修理中使用金屬加強(qiáng)板尤其是鈦合金板時(shí)，其低溫及大曲率的成形非常困難，能否研究出新的成形工具和工藝手段來改善材料的加工性能。

隨著科技的進(jìn)步，我們會(huì)有更多更新的思路來解決這些問題。