民用飛機金屬蒙皮典型制造損傷研究

聞捷

【摘 要】現(xiàn)役大部分飛機的蒙皮材料為高強度鋁合金。金屬蒙皮在飛機制造過程中，由于產(chǎn)品保護不到位、工人操作不當(dāng)?shù)仍?，會出現(xiàn)多種損傷，這些損傷處理不當(dāng)將會導(dǎo)致飛機的使用壽命下降，嚴重的甚至?xí)斐蔀?zāi)難性后果。本文對民用飛機制造過程中出現(xiàn)的機身蒙皮損傷進行了分類，得出了三種典型損傷形式，并對這三種典型損傷的產(chǎn)生原因及各自特點進行了說明。根據(jù)三種典型損傷的具體情況，給出了三種典型損傷的具體處置方法，為后續(xù)民用飛機金屬蒙皮制造損傷的處置提供了思路。

【關(guān)鍵詞】蒙皮;民用飛機;制造;損傷

中圖分類號： V267 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）19-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.022

0 引言

飛機機身蒙皮用于維持飛機理論外形，使飛機擁有良好的空氣動力學(xué)特性，是飛機的主要承力構(gòu)件，承受了氣密增壓載荷、飛行載荷及慣性載荷等，其完整性對保證飛行安全十分重要[1]。大部分現(xiàn)役飛機的機身蒙皮材料為金屬材料。金屬機身蒙皮在飛機制造過程中，由于產(chǎn)品保護不當(dāng)、工人操作不當(dāng)?shù)仍?，會出現(xiàn)多種損傷，這些損傷如果處理不當(dāng)會導(dǎo)致飛機的使用壽命下降，嚴重的甚至?xí)斐蔀?zāi)難性后果[2-5]。本文對民用飛機制造過程中出現(xiàn)的機身蒙皮損傷進行了分類分析，說明了金屬蒙皮典型損傷的產(chǎn)生原因及特點，給出了民用飛機金屬蒙皮損傷的一般處置方法及思路。

1 飛機金屬蒙皮典型損傷

在對民用飛機制造階段飛機金屬蒙皮出現(xiàn)的損傷進行研究后發(fā)現(xiàn)，機身蒙皮的典型損傷包括以下三類：a）機身蒙皮劃傷;b）機身蒙皮沖擊損傷;c）機身蒙皮鉆痕損傷。下面對這三類典型損傷進行具體介紹，給出了各類損傷的典型現(xiàn)象，并分析了各種現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。

1.1 機身蒙皮劃傷

機身蒙皮劃傷定義為細長型，深度較淺（損傷最大深度不超過0.006in），目視可見的線性損傷[2]。制造階段出現(xiàn)的機身蒙皮劃傷主要是由于在搬運及裝配過程中，對蒙皮表面的保護不到位，蒙皮與金屬工具、工裝以及制孔刀具等發(fā)生接觸產(chǎn)生的。典型機身蒙皮劃傷，如圖1[6]所示。從機身蒙皮表面劃傷的產(chǎn)生原因可知，損傷產(chǎn)生過程中未受到?jīng)_擊載荷，損傷處不會發(fā)生材料塑性變形，因此機身蒙皮劃傷不會導(dǎo)致蒙皮出現(xiàn)裂紋。

大部分機身金屬蒙皮材料為含包鋁層的鋁合金，其包鋁層與鋁合金之間結(jié)合緊密。根據(jù)鋁合金材料規(guī)范，包鋁層厚度一般為蒙皮厚度的5%，其厚度非常薄，因此劃傷通常都會穿透包鋁層，對鋁合金本體造成損傷，最終導(dǎo)致疲勞裂紋的出現(xiàn)。機身金屬蒙皮裂紋的擴展可能最終導(dǎo)致飛機出現(xiàn)爆炸性失壓，出現(xiàn)災(zāi)難性的事故，因此機身金屬蒙皮劃傷的合理處置對飛行安全是十分重要的[7]。

1.2 機身蒙皮沖擊損傷

機身蒙皮沖擊損傷定義為一種在蒙皮垂直方向受到大于材料屈服強度的沖擊載荷，導(dǎo)致表面出現(xiàn)塑性變形及表面破壞的損傷。生產(chǎn)制造階段出現(xiàn)的機身蒙皮表面沖擊損傷，根據(jù)損傷產(chǎn)生的原因可以分為兩大類：（1）由于部件進行架上裝配時，工具及零件不慎跌落砸在蒙皮上產(chǎn)生的砸傷;（2）在安裝緊固件時，由于工人操作不當(dāng)，鉚槍或頂鐵在機身蒙皮表面造成的磕傷。典型機身蒙皮沖擊損傷如圖2[6]所示。

蒙皮上的塑性變形會使得飛機的氣動外形發(fā)生變化，增加飛行阻力并可能帶來非正常的振動。蒙皮的塑性變形以及表面破壞處會導(dǎo)致在損傷處出現(xiàn)應(yīng)力集中，在應(yīng)力集中處容易出現(xiàn)疲勞裂紋，使得飛機的疲勞壽命降低。當(dāng)損傷處所受沖擊能量較大時，在蒙皮損傷處表面可能會出現(xiàn)裂紋。

1.3 機身蒙皮鉆痕損傷

機身蒙皮鉆痕損傷的產(chǎn)生原因是制孔時工人操作不當(dāng)，典型的機身蒙皮表面鉆痕如圖3[6]所示。由于鉆痕的產(chǎn)生過程與制孔過程相同，因此鉆痕損傷處不會出現(xiàn)裂紋及蒙皮塑性變形，其損傷深度一般比較深，鉆痕表面粗糙度較好。

2 機身蒙皮表面損傷處置方法

2.1 機身蒙皮表面劃傷處置方法

機身蒙皮表面劃傷的處置方法為：a）對劃傷周圍20倍損傷深度范圍進行打磨，打磨范圍示意圖見圖4，打磨后要求打磨區(qū)域與未打磨區(qū)域的過渡區(qū)之間過渡光滑，打磨區(qū)域的粗糙度不應(yīng)低于圖紙要求的粗糙度;b）對打磨區(qū)域進行阿洛丁處理;c）對打磨區(qū)域按圖紙要求重新噴涂底漆及面漆。

2.2 機身蒙皮沖擊損傷處置方法

當(dāng)機身蒙皮出現(xiàn)沖擊損傷時，由于外力沖擊可能產(chǎn)生裂紋，因此處理機身蒙皮沖擊損傷的第一步應(yīng)為對損傷處進行無損檢測判斷是否存在裂紋[8]。

當(dāng)損傷處未發(fā)現(xiàn)裂紋時，首先對蒙皮變形處進行校形，校形完成后對校形處再次進行無損檢測，確保校形不會產(chǎn)生裂紋，后續(xù)按機身蒙皮表面劃傷處置方法進行處置。

當(dāng)無損檢查報告顯示表面損傷處存在裂紋時，須根據(jù)裂紋大小選擇處理方法。

當(dāng)裂紋長度小于0.198in時，在損傷處鉆孔去除裂紋，去除裂紋后如果仍存在變形，則須對變形進行校形處理，校形完成后使用鉚釘進行堵孔。堵孔時在蒙皮外側(cè)淺锪窩，锪窩深度不超過0.5mm，緊固件制成頭凸出零件表面部分銑平，對鉚釘銑平處進行阿洛丁處理并噴涂底漆和面漆。

當(dāng)裂紋長度大于0.198in時，根據(jù)裂紋大小切除損傷處蒙皮，制作墊板及加強板，墊板用于填充蒙皮切除處，保證處置后蒙皮外表面的氣動性能，加強板安裝在機身內(nèi)側(cè)。

2.3 機身蒙皮鉆痕損傷處置方法

機身蒙皮鉆痕損傷的特點與機身蒙皮表面劃傷類似，不會出現(xiàn)變形及裂紋。當(dāng)鉆痕深度小于損傷處蒙皮厚度10%時，對鉆痕附近20倍深度范圍內(nèi)進行打磨，打磨時保證不增加損傷深度，打磨后保證光滑過渡，后續(xù)對打磨處進行表面處理及補涂漆層操作。

對于鉆痕深度超過損傷處蒙皮厚度10%的情況，且鉆痕與相鄰緊固件孔的凈間距大于1.27mm時，將鉆痕鉆透，使用鉚釘或埋頭柱塞進行堵孔。使用鉚釘堵孔時，在蒙皮外表面進行淺锪窩，锪窩深度不超過0.5mm，安裝沉頭鉚釘，鉚釘頭凸出部分銑平，對銑平處進行阿洛丁處理并噴涂漆層。

對于鉆痕深度超過損傷處蒙皮厚度10%的情況，且鉆痕與相鄰緊固件孔的凈間距小于1.27mm時，對相鄰緊固件孔進行擴孔，擴孔后消除了鉆痕，使用襯套冷凍安裝進行堵孔，在襯套中心制孔并安裝緊固件。

3 總結(jié)

本文對飛機的機身蒙皮表面損傷進行了研究，具體內(nèi)容包括以下兩方面：

（1）對機身蒙皮表面損傷進行了分類，得出了機身蒙皮表面劃傷、機身蒙皮表面沖擊損傷及機身蒙皮表面鉆痕這三種主要損傷形式，并對這三種典型損傷的產(chǎn)生原因及各自特點進行了說明。

（2）根據(jù)三種典型損傷的具體情況，給出了三種典型損傷的具體處置方法，為后續(xù)民用飛機金屬蒙皮的制造損傷處置提供了思路。

【參考文獻】

[1]牛春勻，等.實用飛機結(jié)構(gòu)工程設(shè)計[M].航空工業(yè)出版社，2008.

[2]典型飛機蒙皮破損結(jié)構(gòu)損傷容限研究.

[3]飛機結(jié)構(gòu)修理中去除蒙皮邊緣損傷的研究.

[4]基于Nastran_Patran對飛機蒙皮損傷修理技術(shù)的研究.

[5]波音如何處理787研制過程中的結(jié)構(gòu)損傷.

[6]殷允信.波音飛機機身蒙皮劃痕淺析[J].航空維修與工程，2014（6）：71-73.

[7]中國航空工業(yè)總公司第六四O研究所編.麥道飛機聯(lián)絡(luò)工程手冊.航空工業(yè)出版社.1997.9.

[8]隋立軍，原磊，李弢，等.民用飛機機身蒙皮修理的廣布疲勞損傷試驗研究與有限元分析[J].航空工程進展，2015，6（1）：59-63.