波音777飛機翼下縱梁改裝的技術分析

張天驕

摘要：國內某航空公司一架波音777-300ER飛機在定檢中執行波音服務通告機身翼下縱梁檢查工作時發現臨近STA 1035位置的一個緊固件孔有裂紋，根據適航指令要求，需要執行翼下縱梁改裝工作。本文詳細介紹了翼下縱梁產生裂紋的背景和原因，分析了施工方案以及改裝過程中的關鍵技術和注意事項，可供航空公司和MRO參考。

關鍵詞：波音777；裂紋；翼下縱梁；改裝

Keywords：B777 aircraft；crack；underwing longeron；modification

0 引言

翼下縱梁位于中央翼與機身連接區域，連接中央翼下蒙皮與機身蒙皮結構，傳遞中央翼下表面與機身前部結構載荷。生產線號1～400的波音777飛機，翼下縱梁為組合拼裝式結構，自生產線號401起，開始使用單片式機加型翼下縱梁。波音公司自2015年7月起已收到多起關于翼下縱梁裂紋的報告，均為這種單片式翼下縱梁。在第一起事件中，航空公司發現前貨艙區域有燃油氣味，排故中發現翼下縱梁在中央翼連接區域斷裂。之后又收到多起裂紋報告，世界機隊發現的最早出現裂紋的飛機為3784FC和31240FH。發生典型結構裂紋損傷的位置如圖1所示。

1 故障描述及原因分析

1.1 故障描述

國內某航空公司一架波音777-300ER飛機在定檢中執行波音服務通告機身翼下縱梁檢查工作，在執行右側縱梁超聲檢查時發現臨近STA 1035位置一個緊固件孔有裂紋，裂紋長度0.2in，具體位置見圖2，發現裂紋時的基本信息如表1所示。

1.2 原因分析

結合波音777飛機翼下縱梁裂紋的歷史事件和本次的故障報告，詳細分析了翼下縱梁產生裂紋的原因，以及可能造成的后果。

縱梁的斷裂方式為疲勞斷裂，裂紋產生于縱梁和大翼下蒙皮的接合面，稍微偏離緊固件孔。在縱梁下部的機身蒙皮上發現的裂紋與該位置緊固件施加的載荷有關。緊固件載荷傳遞、局部彎曲、緊固件孔冷拔過程中的表面形變等的相互作用使該區域出現應力集中，導致翼下縱梁過早出現疲勞斷裂。

已經發現的裂紋可能導致翼下縱梁斷裂，裂紋的擴展會使大翼下縱梁緣條產生裂紋。如果裂紋未被發現，將導致燃油滲漏到前貨艙區域，增加火警風險或發生更多不安全事件，最終嚴重影響飛機的結構完整性和飛行安全。

根據適航指令要求，發現裂紋后可執行翼下縱梁更換工作或翼下縱梁改裝工作。波音公司建議航空公司直接執行翼下縱梁改裝工作。

該改裝是波音777機型繼STA246地板梁改裝后的又一重大結構改裝項目。

2 工程方案簡介

針對翼下縱梁裂紋損傷，波音頒發的兩份服務通告（SB）提供了兩種解決方案，一是對該區域進行檢查并在發現損傷后進行更換和重檢，二是執行翼下縱梁改裝。FAA/CAAC也已頒發適航指令，具體信息如下。

2.1 適航指令強制的翼下縱梁檢查和視情更換

2019年6月，FAA和CAAC分別頒發新的適航指令AD2019-11-02/CAD2019-B777-03，替代了FAA和CAAC于2017年8月頒發的適航指令AD2017-16-10/ CAD2017-09-15，要求參考SB 777-53A0081對適用飛機進行翼下縱梁檢查，若發現裂紋，更換原件號翼下縱梁，并后續進行重檢。相關信息如表2所示。

2.2 SB777-53-0084翼下縱梁改裝

波音對翼下縱梁進行了重新設計并頒發SB 777-53-0084。新設計在機身蒙皮區域增加一層機加型加強板，并對縱梁接頭構型進行了更改。該方案是上述適航指令強制措施的等效替代方法（AMOC），可以終止上述SB 777-53A0081重檢。改裝工作包括：拆除原有縱梁接頭，對機翼下蒙皮、前梁下緣條與機身環形緣條及機身下蒙皮進行詳細、超聲、表面高頻和開孔高頻渦流檢查，并對機身蒙皮安裝加強板，安裝新型縱梁接頭。相關信息如表3所示。

3 翼下縱梁改裝關鍵技術分析

3.1 頂托方案的確認

在此項改裝中，如果左右兩側同時施工，可參考波音在服務通告中提供的頂托方案（見圖3）。該方案根據不同的飛機重量和重心位置進行頂托數據選擇，但由于此項改裝周期較長，一般會結合在定檢工作中執行，涉及飛機和客艙相關部件的拆除工作。通過計算方法不能準確獲得飛機重量和重心位置，對改裝的安全產生影響。

北京飛機維修工程有限公司（Ameco）在執行改裝工作中遇到上述問題，通過與廠家溝通討論后，獲得的解決方法是：根據AMM 07章測量頂點A/B/C三個頂托數據，計算獲得飛機的重量和重心位置，再根據圖3進行頂托數據選擇。由于波音提供的重量和重心數值區間較小，計算后會出現重量與重心不能滿足同一條件的情況，建議聯系廠家對頂托數據進行修正。

3.2 改裝中的結構檢查

當完成原有翼下縱梁拆除工作后，需對機翼下蒙皮、機身蒙皮、下梁緣條和機身環形緣條執行詳細、超聲、表面高頻渦流和開孔高頻渦流檢查，以確認檢查區域和緊固件孔無裂紋和磨損損傷。

1）如果機身蒙皮發現裂紋，需按照改裝圖紙要求切除裂紋區域并安裝填片。

2）如果下梁緣條發現裂紋，需按照SRM57-10-10執行修理。

3）如果發現其他損傷，可參考SRM相關章節允許損傷進行判定。

Ameco在執行改裝過程中，在下梁緣條發現裂紋，根據SRM57-10-10執行修理。該修理需訂購修理器材包，建議與改裝器材包同時準備。

3.3 機身加強板的配孔

機身加強板位于翼下縱梁與機身蒙皮之間，為雙曲度機加構型，其配孔安裝是此項改裝的主要工作之一。加強板的緊固件孔涉及新增孔和原有孔，大部分孔徑為3/8in，其中新增孔帶預制孔，如圖4所示。

加強板在初始定位中，需特別考慮緊固件孔短邊距和原有支架孔干涉，尤其重點關注前梁緣條區域原始緊固件孔的邊距，該位置容易出現短邊距缺陷，如圖5所示。在配孔工作中，由于機身內部空間受限，緊固件孔徑較大，蒙皮和加強板較厚，需使用導套等垂直限位工具，逐級加大，防止孔出現偏心等缺陷。

3.4 翼下縱梁的配孔

翼下縱梁連接機身蒙皮、蒙皮加強板和中央翼下蒙皮，為雙曲度機加構型，與機身加強板和中央翼蒙皮進行貼合，其配孔安裝工作為此項改裝工作的重點。該件上的緊固件孔均需從機身蒙皮和中央翼下蒙皮的原孔翻至該件，如圖6、圖7所示。

在改裝初期，Ameco曾考慮以舊縱梁的孔為基準，使用機床對新縱梁進行翻孔，但機床設備能力所限，無法定位基準面。若機加工能力允許，可以考慮使用舊縱梁對新縱梁進行翻孔，將會節省較大的停場時間。

翼下縱梁配孔的技巧和注意事項如下：

1）使用縱梁前后各預留的兩個定位孔將縱梁定位。定位時需重點關注邊距、舊孔距法蘭邊圓角距離和距銑切臺階距離。由于原孔定位后均需加大，確保加大后上述距離滿足安裝要求。

2）縱梁初始定位，確保縱梁與機身蒙皮和中央翼蒙皮之間的間隙滿足要求，按需制作填片。

3）原縱梁安裝時存在填片，可使用該填片作為模板對新縱梁翻孔，或制作翻孔模板。

4）翻孔中需使用尺寸正確的鉸刀和合適的垂直限位工具，逐級加大，防止出現孔徑偏心缺陷。

4 結論

1）波音777翼下縱梁改裝是翼下縱梁裂紋重檢的終止措施，是該損傷缺陷的最終解決方案。

2）該改裝適用世界大部分在役的777飛機，改裝工作量大，停場時間長，建議航空公司結合定檢工作完成。目前，世界多家航空公司都在MRO中咨詢此項改裝的報價和周期，開發此項改裝能力也可為MRO提供又一經濟增長點。

3）本文詳細介紹了翼下縱梁產生裂紋的事件背景并分析了裂紋產生的原因，介紹了施工方案以及改裝過程中的關鍵技術和注意事項，可供航空公司和MRO參考。