對基于飛機結構裝配的緊固件連接設計探討

摘 要：眾所周知，緊固件連接是對飛機結構進行設計時，所不可或缺的重要部分。文章以飛機結構裝配為出發點，結合實際情況，圍繞著緊固件的連接展開了探討，探討的內容集中在三個方面，分別是：鉚釘連接，螺栓/螺釘連接，該項工作未來的發展趨勢，供設計人員參考。

關鍵詞：飛機結構裝配;緊固件連接;鉚釘連接

前言：理想狀態下，飛機結構應當是一個整體，但是，修理、維護和儲存等方面提出的要求，以及現有的工藝和材料，都無法為理想飛機結構提供支持，也就是說，飛機需要利用大量零部件，通過組合的方式才能形成，具有橋梁作用的緊固件的連接設計，對飛機的重要作用不言而喻，圍繞其展開探討，自然很有必要。

1鉚釘連接設計

作為緊密件設計的重要部分，鉚釘連接的原理，主要是利用鉚釘將兩塊板進行連接，目前，在飛機結構上應用的比例較高，應用方向以骨架間的連接、部件間的連接、骨架和蒙皮間的連接為主。

1.1分類

以功能為依據，可將鉚接設計劃分為兩類，一類是普通鉚接，另一類是干涉配合鉚接;以需求為依據，同樣可將鉚接設計劃分為兩類，一類是密封鉚接，另一類是特種鉚接。不同鉚接方式，分別適用于飛機的不同結構，例如，干涉配合鉚接，通常被應用在具有較高要求的組合件中;密封鉚接，更符合飛機密封結構的特點和要求，因此，常被應用在設備艙、氣密座艙等結構中;特種鉚接則分為兩種方式，分別是自動鉚接和電磁鉚接，其中，自動鉚接需要應用到的工具為自動鉚接機，其優勢在于使手工鉚接存在的局限得到彌補，降低緊密件連接有裂痕出現的幾率，而電磁鉚接的應用對象，以大直徑設備為主，通常被用來對大功率壓鉚設備進行替代[1]。

1.2設計原則

應用鉚接設計的重點是對鉚釘進行合理布局，常見的布局方式，包括單排、雙排、平行和交叉等，設計人員應以相關規范要求為依據，結合實際情況，完成對最優方案進行設計的工作，保證鉚釘連接的作用，得到應有的發揮。正常情況下，單排布局適用于腹板和蒙皮的連接結構;雙排布局適用于腹板和蒙皮的鉚縫結構。科學的布局方案，往往會給連接質量、抗疲勞性帶來直接影響，應當引起設計人員的重視。

2螺栓/螺釘連接設計

在飛機裝配設計過程中，螺接的“出鏡率”較高，而螺接，又分為螺栓連接、螺釘連接，螺栓連接的應用對象，以機身對接、機翼和機身的對接為主，這些部位的特點是需要承受較大壓力，除此之外，還包括尾梁和機身的對接、結構接頭連接、機翼和選裝設備的連接等;螺釘連接的應用對象，則以可拆卸壁板為主，其特點是承力較小，而螺釘連接的作用，主要是連接可拆卸部位，設計人員應根據實際需求，對連接方式進行選擇，避免出現不必要的問題。

2.1材料

材質始終是螺接設計關注的重點，設計人員應保證所選用材質，可以承受飛行狀態下飛機的受力。現階段，多數螺釘、螺栓均為鋼制，具體來說，就是碳鋼、合金鋼，部分用于成品件、駕駛艙的螺釘，材質為塑料，塑料螺釘的作用僅為連接，而選用塑料的原因，主要是塑料具有防腐蝕、質量輕的特點。

2.2具體分類

螺栓連接需要以飛機結構、受力方式為依據，確定連接方式。常見的連接方式，包括受力承剪、受力承拉、二者相結合三種。不同連接方式對應的螺栓，往往有所區別，受力承剪對應的螺栓為承剪螺栓，受力承拉對應的螺栓為承拉螺栓，二者相結合對應的螺栓為拉剪螺栓。在實際應用的過程中，設計人員又需要根據連接部位的特點，對具體連接方式加以確定，例如，普通連接，盲連接，密封連接。其中，盲連接經常被用于嵌入件、結構托板螺母，密封連接經常被用于客艙、整體油箱等，對密封具有較高要求的部位。實踐證明，只有以實際情況為依據，確定連接緊固件的方式，才能充分發揮出所選用方式的積極作用。

2.3墊圈和螺母

適用于飛機結構的螺母，種類繁多，常見的螺母，包括自鎖螺母、六角螺母等，只有以螺栓的需求為依據，對螺母進行選擇，才能保證其作用得到應有的發揮。從理論上來說，螺母和螺栓在材質上應當保持一致，但是，在飛機飛行的過程中，螺栓的受力要遠大于螺母，因此，在條件允許的前提下，設計人員可以對強度略低于螺栓的螺母加以應用[2]。常用的墊圈材質為鋼制、合金，當然，還包括以彈簧墊圈為代表的功能墊圈，其作用主要是分散受力、防磨。

3發展趨勢

現階段，信息技術、數字化技術，已經被廣泛應用在包括航空制造在內的諸多領域，設計、研究飛機緊固件時，自然需要對相關技術引起重視。基于信息技術、數字化技術所衍生出的緊固件設計技術，包括MBD技術、三維設計技術等，其中，MBD技術是指，通過分析緊固件的幾何數據，建立相應模型的方式，對設計標準加以確定，使緊固件設計工作具有的準確性，得到強有力的保證。

研究表明，保證相關技術充分發揮自身作用的關鍵，即為建立起相應的設計系統，以BOM統計為例，該系統的作用，主要體現在三個方面：首先，統計并計算緊固件數量、重量;其次，預測在設計中緊固件的受力;最后，確定零件組合清單。由此可見，建立設計系統的目的，主要是提高設計效率，使設計更加統一、規范。

結論：綜上所述，在對緊固件進行連接設計時，設計人員應綜合考慮重量、功能、成本等因素，在保證零部件具備良好維護性、連接性的前提下，將材料與承力結構一致的緊固件作為首選，盡量避免由于材料不同，導致出現電化學腐蝕的情況發生。希望上文中討論的內容，能夠在某些方面為從事相關工作的人員提供幫助。

參考文獻：

[1]王芳芳，黑東盛，趙嗣徽.基于飛機結構裝配的緊固件連接設計研究[J].科技資訊，2019，17（22）：65-66.

[2]王華.飛機先進復合材料結構裝配協調技術研究現狀與發展趨勢[J].航空制造技術，2018，61（07）：26-33.

作者簡介：

侯博林，出生年月：1993年9月，性別：女，民族：漢，籍貫：陜西渭南，研究方向：航空宇航制造.