飛機鉚接裝配故障分析與解決方法

楊斌

摘要：飛機結構鉚接是飛機裝配的重要過程之一。除了可以保證飛機結構的剛性需求還要符合外形氣動的要求，也是貫徹飛機設計思想的過程。但是，飛機鉚接裝配過程中會出現很多不可預測的不定因素。

關鍵詞：故障類型；復合材料；修理方法；工藝過程

中圖分類號：V262 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）10-0043-02

1 常見故障類型與解決方向

我們對飛機在鉚接裝配過程中所產生的故障以及需要修理的結構損傷進行了總結。主要有以下幾方面：

產生故障的原因：由于設計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到設計思想的要求。因此，根據發生故障的形式及程度采取相應的措施和方法。

本文對飛機鉚接裝配過程中常見的結構故障進行故障分析與解決方法的總結。討論的故障范圍為：飛機在生產制造過程中出現的非人為原因及人為原因導致的故障，經過總結主要有以下幾種類型：

1.1 零件超差

工裝等問題可能會導致零件尺寸超差，帶來裝配和強度問題。對于低成本零件，一般采取更換合格零件的方法；對于高成本零件，根據超差情況，在能補償的前提下優先考慮補償方案。

1.2 干涉現象

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

1.3 階差現象

這種現象也是由于公差積累和裝配技術缺陷造成的。如飛機邊梁的裝配階差會導致中部結構與底部結構對接時外形無法平滑過度。輕微的一般采取調整辦法，不可調整的則須要更換零件重新裝配。

1.4 鼓動現象

大面積的鈑金零件裝配后表面應力分布不均勻造成的局部彈性突起現象叫做鼓動現象。

該故障常見于飛機的蒙皮、地板和鈦板等結構上。除了裝配中產生的應力外，由于環境溫差出現熱脹冷縮也會導致鼓動現象的出現。該現象會加速零件疲勞，所以必須采取調整或補償的方法消除鼓動。

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、變形等都會使零件之間產生間隙。值得一提的是，一些設計上的缺陷會導致重復的、不可避免的間隙問題。對于小的間隙，一般用墊片補償；對于較大的間隙，則需要改變零件結構才能補償。

如用盒型件連接兩個固定框，三個件都已是剛體沒有可調整的設計補償，它們連接時必然要產生不同大小的間隙。原因就是裝配誤差和零件制造誤差都存在，使每架飛機兩固定框裝配時的間隙不同。那么，解決方法就是給出設計補償—將盒型件的一側改為角材連接，角材與盒型件連接面要長，可以調整角材與盒形件鉚接時的位置，從而消除間隙。

1.6 復合材料損傷

復臺材料結構的損傷有各種形式，大部分損傷是由外來物沖擊引起的，沖擊導致的損傷可從小的凹坑到內部分層直至大面積全厚度穿孔。由于復臺材料極易分層，因此有必要檢查損傷區周圍以確定是否有分層存在。修理過程中的笫一個重要步驟就是確定損傷區域，常用的檢測手段是超聲波和X射線檢測。

可修理的最大尺寸與部件的構造有關。對厚度為2～10mm的整體壁板，最大可修理尺寸目前定為直徑lOOmm；對蜂窩夾層結構，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

在某型直升機的座艙罩管梁結構中，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，預先安裝了盲孔螺母，由于厚度超差，導致強度變小。

由于更換整個管梁的成本太高，我們優先考慮補償方案。通過觀察，我們發現超差處盲孔螺母周圍的空間富余，可以用托板螺母結合加強片代替盲孔螺母的方法來增加該區域的強度。加強片的設計是關鍵，既要起到鉚接過渡的作用，又要在尺寸上同時滿足托板螺母的固定和修理操作的空間要求。方案如下：（1）制造加強片；（2）將托板螺母與鉚接在一起；（3）將故障處的開孔擴大，并將鉚接到管梁內側；（4）用EA9396膠填充開孔處縫隙。

這樣，超差區域的強度得到了補償，修理過程也比較簡單，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 防火墻鼓動問題

鈦板材料的防火墻結構在裝配過程中對表面應力十分敏感，容易出現鼓動現象。這不僅影響零件的外觀、帶來噪音，在長期使用中還會影響零件的壽命，降低抗減能力。鼓動的效果。

防火墻的鈦板較薄，一般在0.5mm左右，其屈服應力值很低。因此較小的裝配尺寸的調整往往不足以消除鼓動，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，同時也可提高鼓動區域的剛度。方案如下：（1）制造加強角材；（2）將鉚接到鼓動區域，阻止其變形

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

2.3 復合材料損傷問題

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

對于僅影響氣動外觀的小損傷（如整流罩凹坑、劃痕、脫漆等），可進行裝飾性修理。目的是恢復氣動光滑性，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，固化后使修理區和未修理區連成一體。

（1）外加強板修理。這種方法主要用于薄板及蜂窩表板的修理。修理后的結構強度可達原結構材料強度的50%～80%，恢復程度取決于補板和膠層強度及被修理板的自身厚度。外加強扳通常使用碳纖維環氧復合材料和鈦合金箔片。使用復合材料補板時，纖維的鋪層順序應盡可能與原結構相同，而且為保持外緣的楔形，各層布的尺寸應從內到外依次減小，在選擇成形工藝時還需要考慮修理表面的曲率。采用鈦合金箔片時，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板的剪切模量）。鈦合金板的優點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光滑性要求嚴格部位的修理，修理后的結構強度可達原結構材料強度的60%～100%。光滑表面修理常用的加強板材料是碳纖維環氧復合材料，并要求鋪層順序與原結構相同，為保證加強板與原結構很好地貼合，多采用共固化法成形。這種修理方法的優點是偏心載荷小，氣動性好；缺點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

事實上，這些方法已經被廣泛應用，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）為了減少修理時間以提高生產效率，能否在傳統工藝方法的基礎上提煉出一套合法合理的快速修理工藝；（2）現代飛機在結構設計上日趨復雜，對裝配尺寸的要求也越來越高，在工裝定位技術上能否繼續突破以適應這種形勢；（3）在結構復雜的部位出現損傷時，人工操作的無損檢測很容易受到非損傷區域的干擾，能否開發出快速、準確的自動無損檢測手段來保證損傷檢測的精度；（4）在膠接修理中使用金屬加強板尤其是鈦合金板時，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。

隨著科技的進步，我們會有更多更新的思路來解決這些問題。