民機(jī)結(jié)構(gòu)超差孔的修理方法

李維娜

【摘 要】飛機(jī)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)面臨著各種各樣的損傷，有人為損傷、制造缺陷以及因?yàn)椴牧系钠?、腐蝕等原因造成的損傷。結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)就是用來(lái)指導(dǎo)修理工程師針對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)在服役期間出現(xiàn)的損傷進(jìn)行修理。然而，大部分的損傷出現(xiàn)在制造階段，尤其是在飛機(jī)研發(fā)前期的工藝摸索階段。超差孔是最常出現(xiàn)的制造缺陷之一，包括多余孔、短邊距孔、八字孔等。本文主要介紹超差孔的修理原則、方法以及使用條件，對(duì)常見開孔損傷給出修理建議，可供民機(jī)設(shè)計(jì)工程師和修理工程師參考。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；結(jié)構(gòu)；修理；維護(hù)

【Abstract】Fuselage may suffer all kinds of damage during its service life， including human damage， manufacture defects and damage caused by fatigue and corrosion. Structural repair manual indicates typical repair and strengthen methods to deal with damage which occurs during service life. However， most of damages are caused by wrong process or careless actions. Open-hole is one of the most common manufacture defects. In this article， repair solutions and strengthen methods are discussed， which can be a guidance to fuselage design and maintain engineers.

【Key words】Civil aircraft； Structure； Repair； Maintenance

結(jié)構(gòu)修理大多發(fā)生在飛機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程中，尤其是還處于工藝摸索的民機(jī)研制階段。為滿足可修理要求，在設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)預(yù)留足夠的維修空間。結(jié)構(gòu)修理后，應(yīng)與修理前具有相同的承載能力、結(jié)構(gòu)剛度和服役壽命。修理方案應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，方便操作，降低重量不是修理的首要要求，在考慮靜強(qiáng)度的同時(shí)要注意疲勞和損失容限要求。本文主要介紹結(jié)構(gòu)上有空孔缺陷的修理方法，包括多余孔、八字孔和短邊距孔等。由于空孔會(huì)大大降低結(jié)構(gòu)的疲勞性能，因此需進(jìn)行相應(yīng)處理對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，使結(jié)構(gòu)滿足傳載要求。

1 堵孔原則和方法

一般來(lái)說(shuō)，機(jī)身結(jié)構(gòu)開孔（包括超差孔和工藝孔）都應(yīng)該堵住。因?yàn)椋_孔引起的應(yīng)力集中會(huì)大大降低結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。對(duì)于結(jié)構(gòu)上必須開的孔，如系統(tǒng)通過(guò)孔，設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)在開孔區(qū)加厚以降低應(yīng)力水平。研究表明，干涉配合的堵孔可以將疲勞壽命提高至未實(shí)施堵孔的四倍。合格的堵孔，堵孔件能夠傳遞通過(guò)該孔的壓縮載荷，能防止孔在拉伸和壓縮載荷下發(fā)生變形，能通過(guò)配合在孔邊產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力。滿足以上要求的堵孔才能提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命。

首先，所有的非圓孔都應(yīng)圓整后再進(jìn)行堵孔。工程處理時(shí)，為節(jié)約成本和提高效率，一般多余開孔都用鉚釘鐓鉚堵孔。選擇鉚釘時(shí)，要注意鉚釘不能太軟，要能有效減少應(yīng)力集中，還要注意鉚釘和結(jié)構(gòu)材料之間不能發(fā)生晶間腐蝕。對(duì)于鋁材，建議用“AD”（2117-T3）或“DD”（2024-T31）釘堵孔，可按需選用平頭或埋頭釘。

有些時(shí)候，需要特制堵孔件并進(jìn)行冷縮安裝（將堵孔件冷凍后壓入孔中）。例如，對(duì)于一排緊固件中端頭緊固件附近的空孔，或者一組緊固件中最靠近集中載荷作用點(diǎn)的那個(gè)緊固件附近空孔。這是因?yàn)?，開孔即使實(shí)施堵孔，也勢(shì)必會(huì)削弱鄰近緊固件的承載能力。如果使用與結(jié)構(gòu)相同材料制作堵孔件，實(shí)施冷凍堵孔，堵釘與結(jié)構(gòu)具有相同的抗擠壓能力，就能有效傳遞釘間擠壓載荷，使鄰近緊固件充分發(fā)揮其承載能力。

如果開孔穿過(guò)兩層或多層結(jié)構(gòu)，應(yīng)分開堵孔。如果堵釘穿過(guò)兩層或多層零件，相當(dāng)于堵釘要承受并傳遞零件之間載荷，不管堵釘直徑比鄰近緊固件大還是小，對(duì)該區(qū)域緊固件上的載荷分配都會(huì)產(chǎn)生影響。如果堵孔直徑過(guò)大，那么堵釘要傳遞與直徑相應(yīng)的較大載荷，這會(huì)導(dǎo)致堵釘與鄰近緊固件之間的結(jié)構(gòu)材料剪壞。

大部分時(shí)候，多余孔與緊固件孔連線是與載荷方向平行的，這時(shí)堵住多余孔即可，此時(shí)堵釘不承受載荷。如果兩孔連線與載荷方向垂直，由于凈截面（減去開孔后的橫截面）材料損失過(guò)多，堵孔后也要做適當(dāng)加強(qiáng)使其滿足凈截面強(qiáng)度要求。

如果開孔距離零件邊緣太近，如短邊距孔距離邊緣等于或小于1.6mm，應(yīng)銼修掉該孔，找新位置打孔并安裝該緊固件。

2 襯套使用原則

襯套常被工程用于堵孔。當(dāng)多層零件上出現(xiàn)八字孔，一般將八字孔圓整后壓入特制襯套，然后在襯套上打孔安裝原緊固件。當(dāng)結(jié)構(gòu)需要一個(gè)可更換的抗磨損表面或結(jié)構(gòu)需要較高的擠壓應(yīng)力時(shí)，也常使用襯套。

襯套材料一般選擇與結(jié)構(gòu)材料一致或具體相近的抗擠壓能力，同時(shí)應(yīng)避免電化學(xué)腐蝕。使用襯套時(shí)，應(yīng)使去掉的結(jié)構(gòu)材料最少。理論上，圓整孔的直徑可以取八字孔的最小外接圓直徑和緊固件直徑加上2mm后的數(shù)值中的較大值。當(dāng)然，確定圓整直徑要考慮擴(kuò)孔時(shí)100%借孔的可操作性。緊固件直徑加上的2mm，是因?yàn)橐r套最小壁厚應(yīng)保證0.8～1mm。設(shè)計(jì)襯套時(shí)，盡可能采用所需最小壁厚。襯套與零件之間合適的干涉量為孔直徑的0.003～0.004倍。對(duì)于較大直徑的孔，干涉量可稍小一點(diǎn)。研究表明，大干涉量可提高開孔的疲勞壽命，干涉量過(guò)大又會(huì)加速應(yīng)力腐蝕。同樣，多層結(jié)構(gòu)應(yīng)實(shí)施分層加襯套。最后需要注意，短邊距的孔不能使用襯套處理，因此加襯套可能會(huì)需要去除更多的邊緣材料，進(jìn)一步削弱結(jié)構(gòu)零件，加重應(yīng)力集中。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了機(jī)身結(jié)構(gòu)超差孔的處理方法，文中談及的處理方法均來(lái)自有關(guān)試驗(yàn)、計(jì)算和工程經(jīng)驗(yàn)，可為民機(jī)設(shè)計(jì)工程師和結(jié)構(gòu)修理工程師提供參考。

[責(zé)任編輯：朱麗娜]