民機鋁合金接頭表面損傷的處置及評估方法研究

刁春濤 黃志榮

摘 ? 要：民機活動面裝配連接常采用多個鋁合金接頭，采用叉耳式連接結構形式。鋁合金接頭表面損傷是民機制造過程中常見的一種裝配偏離。本文以某型民機鋁合金接頭表面損傷為例，介紹結構形式，提出處置思路，給出了強度評估方法，根據強度分析結果確認處置方案滿足民用飛機的安全性和適航性要求。本文系統性的總結了民機鋁合金接頭損傷的處置思路及評估方法。

關鍵詞：民機 ?鋁合金接頭 ?表面損傷

中圖分類號：V262.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（b）-0106-02

民機活動面裝配連接常采用多個鋁合金接頭，采用叉耳式連接結構形式。由于叉耳間隙較小，拆裝活動面過程容易出現由于多個接頭空間位移不同步而導致叉耳接頭碰撞，導致接頭表面出現劃傷、磨損、刻痕等損傷。該類損傷主要引起局部應力提高，降低零件強度，降低連接強度[1]。鋁合金接頭主要功能是將活動面的氣動載荷傳遞至飛機機身，從而調整和控制飛機飛行姿態，若所有連接接頭出現較大故障，將導致活動面無法控制飛機姿態，對飛行安全存在一定隱患。因此，非常有必要對民機鋁合金接頭表面損傷的評估方法進行研究。

本文主要介紹了鋁合金接頭的連接形式，以某型民機鋁合金接頭表面損傷為例，提出處置思路，給出了強度評估方法，根據強度分析結果確認處置方法滿足民用飛機的安全性和適航性要求。為民機鋁合金接頭表面損傷的超差處置及評估提供參考。

1 ?結構簡介

鋁合金接頭為承受和傳遞懸掛活動面的力而設計，以某型飛機方向舵連接接頭為例，典型結構形式如圖1所示。

垂直安定面接頭座固接于垂直安定面，將方向舵載荷傳遞至垂直安定面。連接接頭孔內安裝有軸承，保證方向舵可偏轉。方向舵與垂直安定面通過6處鋁合金接頭連接，連接接頭與方向舵接頭間隙為4mm。

2 ?超差情況及處置思路

在拆裝過程，若6處方向舵接頭位移不一致，極易產生方向舵接頭或連接接頭表面損傷。某型飛機1處方向舵接頭表面損傷，長4mm，寬1.6mm，深0.65mm。如圖2所示。

處置思路：首先建議通過無損檢測方法判斷是否存在裂紋，若有裂紋，需將裂紋處打磨去除后進行剩余強度評估;若無裂紋，為降低損傷位置表面應力集中系數，可按工藝規范對損傷區域進行打磨，打磨深度不超過原有損傷深度，表面粗糙度Ra3.2，打磨具體尺寸要求按圖3所示（1表示最小半徑25.4mm去除損傷;2表示最小20X，即去除深度的20倍;X為損傷深度;T為零件厚度）。打磨表面按標準規范進行氧化膜層處理并按圖紙要求恢復漆層，然后評估接頭剩余強度是否滿足安全性和適航性要求。若不滿足，需更換接頭零件。

3 ?強度評估

鋁合金接頭受載嚴重部位是連接耳片處，因此一般是評估耳片處強度特性。

3.1 靜強度

耳片承受的載荷可以分解為軸向、橫向分量，Pa為軸向載荷分量，Ptr為橫向載荷分量。

根據參考文獻[2]編制疲勞檢查表，將接頭耳片的DFR值、地空地應力循環、動態放大因子（DMF）、主循環工作應力貼到疲勞檢查表即可得到耳片的疲勞裕度。

耳片表面損傷處置后，耳片厚度減小，以耳片最薄處厚度作為耳片厚度，根據重新確定的耳片厚度系數Lt重新計算DFR值，根據耳片最薄處厚度重新計算，裕度大于零則認為結構滿足疲勞強度要求。

3.3 損傷容限

裂紋擴展分析、剩余強度分析以及結構檢查大綱是損傷容限評定的三要素[3]。

裂紋擴展分析使用的載荷譜為飛-續-飛疲勞載荷譜，剩余強度分析是確定帶裂紋結構實際允許的承載能力。根據結構形式選擇計算模型，結合材料性能數據、飛-續-飛應力譜、剩余強度應力即可計算得到結構的裂紋擴展壽命。

由裂紋擴展壽命可以確定裂紋檢查門檻值、檢查方法及檢查間隔，形成相應結構細節的檢查大綱。

耳片表面損傷處置后，耳片厚度減小，以耳片最薄處厚度作為耳片厚度，重新計算裂紋擴展壽命，進而確定超差處置后結構的檢查要求。

4 ?結語

鋁合金接頭表面損傷是民機制造過程中常見的一種裝配偏離。本文以某型民機鋁合金接頭表面損傷為例，介紹結構形式以及超差情況，提出處置思路，從靜強度、疲勞強度和損傷容限3個方面詳細給出了強度評估方法，需根據強度分析結果確認處置方案滿足民用飛機的安全性和適航性要求。本文系統性的總結了民機鋁合金接頭損傷的處置思路及評估方法，為民機鋁合金接頭零件的超差處置提供參考和支持。

參考文獻

[1] 費衡甫.麥道飛機聯絡工程手冊[M].北京：航空工業出版社，1997.

[2] 《民機結構耐久性與損傷容限設計手冊》編委會. 民機結構耐久性與損傷容限設計手冊（上冊）[M]. 北京：航空工業出版社，2003.

[3] 《民機結構耐久性與損傷容限設計手冊》編委會. 民機結構耐久性與損傷容限設計手冊（下冊）[M]. 北京：航空工業出版社，2003.