民用飛機已有修理的評估與處理

劉慧田

摘要：本文總結了民用飛機金屬結構常見修理方式，加強片修理的材料和緊固件選用的一般原則，在此基礎上提出了對民用飛機金屬蒙皮及金屬結構已有修理（Existing Repair）的一般評估方法，包括對損傷修理形式、緊固件件號、切割區域尺寸、修補材料厚度等的合格判斷原則，并舉例說明了對不合格修理進行再次修理的一般方式，這對確保飛機的長期安全飛行有著極其重要的作用。

關鍵詞：民用飛機金屬結構已有修理評估

金屬機身的民用飛機在運營一段時間后，機身蒙皮和結構不可避免地會出現各式各樣的損傷，需要針對性地進行修理。

由于方方面面的原因，實際的修理結果與維修方案之間有時會出現偏差，或者有些維修根本就沒按批準的方案進行，甚至有的維修方案根本就未經過審批。這些不合格的維修對飛機的正常運營造成了極大的安全隱患。隨著飛機機齡的增加，已有修理的數量也逐漸增多，為保證飛機飛行安全，每隔一段時間對飛機所有已有修理進行一次全面的評估很有必要[1]。

本文的目的就是研究一種比較有效的已有修理評估方法。

1 結構修理中的加強片修理方法

要對民用飛機金屬蒙皮及金屬結構已有修理進行評估，首先要熟悉飛機金屬結構的修理方法。整件更換和鉆止裂孔等結構修理方法較為簡單，這里只以常見的蒙皮單塊加強片修理對結構修理做簡單介紹。

1.1修理形式的確定

修理形式應首先參考批準的結構修理手冊，對手冊中未給出具體方案的修理，修理形式應參考手冊中近似損傷的修理方案來確定。

1.2加強片材料及厚度的確定

加強片材料一般要求與被修理蒙皮相同或相近，厚度比被修理蒙皮厚一個級別。

1.3緊固件件號的確定

做修理時所用的緊固件一般選用損傷區域已有的永久性緊固件相近型號或高鎖螺栓，直徑一般選用與蒙皮上已有的緊固件相同或更大一號的尺寸[2]。

1.4緊固件數量的確定

緊固件件號確定后，再計算所需的緊固件數量。一般要求加強片在切除部分之外至少要有2排緊固件。

要確定緊固件數量，先要確定緊固件處失效形式。

根據材料力學知識可以知道，緊固件處有4種失效形式[2] （參見圖1）：

第一，緊固件被剪斷。

第二，孔壁與緊固件接觸面處在擠壓應力作用下產生塑性變形。

第三，蒙皮在緊固件處沿2-2平面被拉斷。

第四，蒙皮在緊固件處沿3-3平面被撕裂。

其中，第三種情況，在加強片厚度及緊固件孔距符合要求時可不考慮;第四種情況在緊固件邊距大于2D時可避免。因此，只需考慮第一第二種情況。

分別計算2種情況時的材料強度，取二者中的小值來計算緊固件數量。以圖2為例。

該金屬蒙皮材料為2024-T351，厚度為0.063”，它被切除了寬2”、高1”的一塊區域，需采用加強片進行修理。

這里采用材料相同，厚度為0.071”的鋁合金板材制作加強片。緊固件選用MS20470AD5實心鉚釘。

計算得出被切割蒙皮原先能承受的最大拉力為7938 lbs。MS20470AD5鉚釘能承受的最大剪力為498 lbs，蒙皮能承受的最大擠壓力為1152 lbs，取二者中的小值，即為498 lbs。乘以1.15的安全系數，計算得出所需緊固件數量為19顆[3]。

1.5加強片大小的確定

按照4D到6D的孔距排列鉚釘，如鉚釘不足2排，則需補齊。最后加上至少2D的邊距，就能得出加強片的大小。

飛機上常見的結構，如T字、C字、工字、Z字、帽形結構等，都可以視為幾個平面板材組合而成，對這些結構的受力可分解成幾個平面，同樣采用上述方法分別分析。

2 已有修理的評估及處理

2.1確定已有修理的方法

要對飛機已有修理進行評估，首先要確定飛機上哪些部位存在已有修理，目前一般采用以下兩種方法。

2.1.1一般目視檢查

通過目視檢查來確定飛機存在的已有結構修理。目視檢查的方法簡單、直觀，但容易遺漏一些比較隱蔽的修理。

2.1.2查詢維修記錄

維修記錄是確定已有修理的最可靠的依據，但是維修記錄不一定齊全，依靠維修記錄也可能會遺漏部分已有的修理。

實際工作中要求同時采用上述兩種方法來共同確定一架飛機已有修理的數量。

2.2已有修理的符合性評估方法

判斷一個已有修理是否符合要求，首先要分析一個修理的關鍵要素，然后盡可能地將這些要素與修理方案一一進行對比，任一要素不符合，該修理即為不合格。

一般來說，民用飛機金屬結構修理的要素主要包括修理形式、修理件材料、修理件厚度、緊固件件號、緊固件孔距、緊固件邊距、切割區域尺寸、圓角半徑等。

2.2.1修理形式評估方法

修理形式評估，即將實際修理與方案進行對比，評估修理的整體外觀與手冊等批準的方案是否相符。這種評估需對手冊十分熟悉，并且了解該機所有超手冊的修理方案[4]。

2.2.2緊固件件號的確定方法

已經安裝好的永久性緊固件，一般很難判斷其準確件號，但可以檢查該緊固件頭部尺寸及標志與方案中給出的緊固件是否相符，來大致判斷該緊固件件號是否正確。

2.2.3孔距、邊距、圓角半徑的確定方法

切割區域的圓角半徑可用半徑規直接測量，鋁合金材料一般要求圓角半徑不小于0.5in。不同的緊固件，對緊固件的孔距和邊距都有相應的要求。比如鋁合金材料一般要求緊固件孔距為4D至6D，邊距為2D，根據方案中的緊固件件號，計算出合格的孔距和邊距，與實際修理進行對比，就可以判斷孔距和邊距是否合格。9A6913FA-FC8B-4A2A-B846-84731FD4E6E4

2.2.4修理件厚度的確定方法

對于已經安裝在飛機上的修理件，一般無法使用卡尺、螺旋測微計等常規方法對其尺寸進行精確測量。

已經安裝完成的加強片，若未確定該修理為不合格，但又不可能去進行拆除或破壞以便進行厚度測量，則必須在不對加強片造成任何損傷的情況下進行厚度測量，因此要采用無損檢測方法。

檢查材料厚度一般使用渦流檢測和超聲波檢測。其中，渦流檢測只適用于導電材料，而且受干擾影響的因素較多。而超聲波檢測靈敏度高，能準確確定缺陷的位置、形狀，易于檢測，儀器便于攜帶，對操作人員沒有傷害。因此，推薦使用超聲波方法對修理件進行原位厚度測量。

2.2.5切割區域尺寸的測量方法

如果損傷區域能夠接近，則使用常規測量方法可測量其大小。對損傷區域無法接近的修理，比如內、外都有加強片，或外部有加強片，內部為密閉空間的修理，確定切割區域尺寸的方法太過復雜，一般不進行測量。

2.2.6修理件材料的確定方法

隨便一塊金屬結構件，在沒有任何記錄的情況下要判斷它的材料，一般來說是根本不可能的。但民航業采用的金屬材料范圍一般相對固定，這些材料的各種性能都已經有了公開的實驗數據，一般只要對該材料進行硬度測試和導電性測試，兩者綜合對比，就可確定該材料的牌號。但這兩種測試都需離位進行，而且硬度測試是一種破壞性的檢測方法，無法應用于已安裝的修理件[5]。實際評估時一般不對修理件的材料進行評估。

2.3不合格修理的處理

對不合格的修理，除非能夠在原位通過局部處理就能符合修理方案要求外，否則需要拆除重做。重做時除要遵循一般修理的要求外，還應盡量減少對飛機原有結構的改變。

3 已有修理的評估及處理實例

圖3為一個飛機貨艙門框處蒙皮的已有修理。

查閱飛機圖紙之后確定該處蒙皮件號為AGA7381-1，厚度為0.068in，材料為2024-T3 CLAD。其上面安裝了2層加強片DOUBLER 2和DOUBLER 3，超聲波檢測得到DOUBLER 2的厚度為0.110in，DOUBLER 2的厚度為0.125in。

查詢手冊，確定了其修理參考的參考章節。但2個加強片的厚度都不滿足相應要求，且該偏離沒有批準記錄，因此判定該修理不合格[6]。

拆除2個加強片后（見圖4），發現切割區域的半徑小于手冊要求的最小半徑1.0in要求。按手冊要求的最小1.0in半徑重新切割，按手冊要求重新制作加強片，最終完成的修理如圖5所示。

4結語

民航史上因修理不合格導致的空難事故發生過多起，例如被稱為史上最慘空難的日航747空難，就是因為該機實際修理時少裝了一排鉚釘。如果能及時對該修理進行評估，此次事故或許就能避免。本文介紹了民用飛機金屬蒙皮及金屬結構已有修理的一般評估和處理方法，希望能為行業內此類工作提供參考。

參考文獻

[1]劉彥波，鄭藍，賈寶惠.民用飛機直接維修成本分配模型研究[J/OL].航空工程進展：1-7[2022-01-24].

[2]侯立國，張春曉，劉翠，等.面向民用飛機運行的健康管理系統設計[J].武漢理工大學學報：信息與管理工程版，2020，42（03）：233-238.

[3]魏士禮，錢一彬，劉杰.民用飛機技術出版物插圖繪制研究[J].科技資訊，2021，19（20）：13-15，18.

[4]沈新剛，田林，呂鎮邦.民用飛機機載維護系統體系結構分析[J].航空科學技術，2020，31（9）：24-29.

[5]詹紹正，寧寧，王丹，等.民用飛機結構無損檢測數據管理系統的設計與開發[J].無損檢測，2021，43（12）：71-76.

[6]馮蘊雯，嚴浩，路成，等.基于B/S的民用飛機結構修理方案平臺的設計與實現[J].航空工程進展，2021，12（6）：117-126.9A6913FA-FC8B-4A2A-B846-84731FD4E6E4