民用飛機靜力試驗機輪假件加固方案研究

曹士旭

【摘 要】介紹了民用飛機主起落架上用于靜力機試驗用加載裝置機輪組件的設計加固過程，機輪假件是靜力試驗中傳遞載荷的起點，具有較高的強度要求。針對試驗要求設計了一個主起機輪，在制造過程中出現了影響機輪強度的焊縫裂紋，對焊縫裂紋進行探傷分析，并進行加強方案研究，并且利用試驗驗證了加強方案的可靠性和安全性。

【關鍵詞】主起落架；焊縫裂紋；加固螺柱

【Abstract】The paper introduces a design and reinforce process for a dummy main landing gear wheels using in the static test. The dummy wheels need to be stronger than the nominal wheels because they are the loading points in the test. At first there are dummy wheels which have been designed according to the test requirement， but the dummy wheels' welding lines are full of flaws that apparently affect the performance of the wheels， especially the stress. The paper analyses the flaws in the welding lines， proposes the reinforcing method and takes experiment to validate the reliability and safety through stress analysis calculation.

【Key words】Main Landing Gear； Welding line flaw； Reinforce bolt

現役民用飛機在成功取得適航證書和型號合格證書之前需要進行非常嚴苛的試驗來保證設計飛機的可靠性和安全性。在每一架飛機翱翔藍天之前，在地面上總有起落架系統需要提供支撐和緩沖功能，雖然形式多種多樣，飛機起落架在飛機降落和地面操作時承載了飛機的所有重量，地面載荷都是通過起落架系統傳遞到機身和機翼上。最常見的飛機起落架形式是三輪式的，它包含主起落架和前起落架[1]。為了保證飛機的安全性，我們必須在飛機起飛前進行靜力試驗來檢驗不同工況下載荷傳遞到機身機翼時造成的影響。在未有裝機件的情況下為了進行靜力試驗，我們首先設計了一個起落架結構假件以模擬載荷傳遞。在此套假件中的機輪假件是地面載荷傳遞的發起點，具有較高的強度要求。在原始設計中通過兩塊面板和一塊連接板模擬真件，假件的數模如圖1所示，加載方向分別為航向，機翼方向和垂直地面方向。在制造過程中發現在面板與中間連接板的焊縫處檢查出了大量細小裂紋，此缺陷對機輪的強度影響較大，不能直接用于試驗使用。擬采用在面板與連接板間添加加固螺紋柱來加強。

1 焊縫缺陷分析

本文詳細論述應用在飛機靜力試驗機輪假件加工中焊縫缺陷分析及加固方案的研究。如圖1中所示，機輪假件的連接板和面板間是焊接連接，理論狀態下無焊縫缺陷，焊縫即可以保證機輪強度。在實際加工過程中，零件材料為30CrMnSiNi2A，板厚為38mm，長度約為1m，由于零件焊縫區域大，零件焊接持續時間長，導致零件焊縫區域應力不能得到及時釋放[2]，零件焊接后焊縫區域產生裂紋，雖經過補焊，但無法保證零件焊縫區域裂紋已完全排除，難以保證藍圖要求。利用X光檢測焊縫內部質量發現焊縫中存在大量裂紋及氣孔缺陷，裂紋如圖2中所示。

經工藝分析造成此處焊縫多處裂紋的原因是由于在焊接過程中未按照工藝要求對機輪組件進行預熱處理，直接對零件進行焊接，在焊縫冷卻時由于內應力的作用產生裂紋，焊接強度無法保證機輪連接強度。雖經過補焊也不能完全消除焊縫內部的裂紋。在靜力試驗中加載在面板上的載荷直接通過焊縫傳遞到連接板然后傳遞到輪軸上，在焊縫質量無法保證的情況下，不能保證加載過程中機輪假件不會裂開，影響試驗進展。必須進行加固方案研究。

2 加固方案

經討論決定使用在面板與連接板間打孔安裝螺紋柱的方法加固焊縫連接以確保試驗順利進行。由于螺紋柱是采用自制方式生產，對于其物理性能能否滿足加載需要需要進行拉伸試驗驗證其強度滿足靜力試驗加載需求。在零件焊縫區域增加8個M14的螺紋柱對機輪組件進行加固[3]。增加螺紋軸的位置如圖3所示，圖中八個小孔的位置就是安裝加固螺紋柱的位置，螺紋柱選用30CrMnSiNi2A材料，材料標準為HB5269；螺紋加工標準為GB/T5781，螺紋長度為58mm，熱處理按Q/11AJ05-5.00-10執行，σb=1670±100MPa。經強度計算每根螺紋柱至少承載114000N。自制螺紋柱的強度是否符合要求需要進行試驗驗證。

3 螺紋柱拉伸試驗

取同一批次生產的自制螺紋柱其中四個進行拉伸試驗。試驗加載示意圖如圖4所示，螺紋套1和螺紋套2與機輪假件材料相同，用于模擬機輪假件的連接形式，M27的螺紋連接在拉力機上進行拉伸試驗。

進行了4個試驗件（螺柱）的拉伸試驗，試驗結果見表1。

根據表1的試驗結果和緊固件采購規范NAS4002中的要求，試驗結果分散性較小，上述試驗滿足要求，螺紋柱平均抗拉斷離值為199000N，計算螺紋柱的強度許用值為斷離平均值減去安全系數Ka乘以標準差值S1，計算結果為183599N，大于靜力試驗中要求在每一個螺紋柱上承載力114000N，滿足試驗需求。

4 結束語

本文首先介紹了機輪假件應用的背景，在飛機靜力試驗中作為加載工具傳遞載荷到機身上，然后說明機輪加工后的焊縫缺陷，不能保證滿足試驗要求，仔細檢查焊縫質量和進行原因分析后，不能利用補焊手段去除裂紋缺陷。繼而研究對于機輪焊縫的加固方案以確保靜力試驗加載的順利，加固方案中利用自制螺紋柱連接面板與連接板，需要對每個螺紋柱的強度進行試驗校核，校核結果滿足試驗要求，可以使用此加固方案對機輪假件進行加強。

【參考文獻】

[1]諾曼.斯.科里.飛機起落架設計原理和實踐[M].航空工業出版社，1990：1-7.

[2]郭玉瑛.民用飛機設計手冊[S].第七章焊接.航空航天工業部第640研究所，1991：1-42.[3]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].（第七版）.北京：高等教育出版社，2001：60-88.

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