某型飛機(jī)充氣口蓋故障分析

劉貴芳，余志明，林振華，程廣林

（中航工業(yè)洪都，江西南昌330024）

某型飛機(jī)充氣口蓋故障分析

劉貴芳，余志明，林振華，程廣林

（中航工業(yè)洪都，江西南昌330024）

針對一起飛機(jī)在做地面炮振試驗(yàn)時(shí)，炮口附近充氣口蓋出現(xiàn)的失效進(jìn)行故障分析。通過對故障口蓋的實(shí)地檢查，確定了飛機(jī)發(fā)生故障的原因，并提出了改進(jìn)方案，同時(shí)，對此方案進(jìn)行了評估，分析結(jié)果表明，該方案大幅降低了口蓋最大變形，提高了口蓋的可靠性。

口蓋鎖；口蓋變形；可靠性

0 引言

如不及時(shí)對損壞的口蓋進(jìn)行修理，將威脅飛機(jī)的飛行安全，故必須分析故障產(chǎn)生的原因，提出改進(jìn)方案，提高口蓋的安全可靠性。

1 口蓋結(jié)構(gòu)形式及工作環(huán)境

發(fā)生故障的兩個(gè)口蓋所采用的結(jié)構(gòu)形式相同，主要由口蓋、鎖、鉸鏈及盒形件組成，見圖1。用于發(fā)射炮彈的航炮吊艙安裝在機(jī)腹14～18框之間，而故障口蓋位于機(jī)身左側(cè)第15～17框處機(jī)腹部位，靠近航炮吊艙。在做炮振試驗(yàn)時(shí)，口蓋受到高頻不規(guī)則振動(dòng)載荷和噪聲的反復(fù)作用，其工作環(huán)境較差。

圖1 口蓋結(jié)構(gòu)示意圖

飛機(jī)炮振試驗(yàn)的目的是用于評定飛機(jī)結(jié)構(gòu)及設(shè)備在炮擊振動(dòng)環(huán)境中的抗振能力。某型飛機(jī)在做地面炮振試驗(yàn)時(shí)，炮口附近的充氮及充氧口蓋失效。具體表現(xiàn)為：口蓋自動(dòng)開啟，口蓋變形，口蓋鎖松動(dòng)失效。

2 故障產(chǎn)生的原因

通過對故障口蓋的檢查分析，發(fā)現(xiàn)口蓋失效的原因主要有以下三個(gè)方面：

1）振動(dòng)環(huán)境的影響

飛機(jī)在做地面炮振試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)受到不規(guī)則強(qiáng)烈振動(dòng)，由于構(gòu)件剛性不同，導(dǎo)致振動(dòng)頻率不同，構(gòu)件之間發(fā)生劇烈碰撞和摩擦，在剛性較弱處極易發(fā)生變形失效[1]。故障口蓋是由1.2mm厚的LY12的硬鋁板材鈑金加工而成，剛性較差，在強(qiáng)烈振動(dòng)的影響下，極易發(fā)生變形。

2）口蓋鎖的影響

故障口蓋為飛機(jī)日常維護(hù)經(jīng)常使用的油液氣體填充口蓋，其口蓋鎖為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鎖，是用鉚釘固定在口蓋上，口蓋繞鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)閉合時(shí)，鎖舌插進(jìn)盒形件的上鎖孔中，以達(dá)到鎖緊的目的，見圖2。口蓋鎖其內(nèi)部觸發(fā)機(jī)構(gòu)是由厚度為0.5mm的LY12材料制成的彈簧片結(jié)構(gòu)，鎖舌結(jié)構(gòu)最大插入量為13.5mm。該類型口蓋鎖不需用工具便能開啟，且所需開啟力小。但此類型口蓋鎖抗疲勞性能差，彈簧片結(jié)構(gòu)在長期反復(fù)使用后易失效。

3）零件加工質(zhì)量及裝配質(zhì)量的影響

在此次故障發(fā)生后，對該型飛機(jī)其它架次的口蓋也進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)口蓋開合時(shí)，口蓋鎖均有不同程度的卡澀現(xiàn)象；現(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn)，口蓋上鎖孔基本不滿足設(shè)計(jì)要求（偏小），造成快卸鎖卡澀，強(qiáng)迫上鎖，在反復(fù)使用后，必然會(huì)加速口蓋鎖內(nèi)部彈簧結(jié)構(gòu)的破壞。另外，由于上鎖孔尺寸偏小，無足夠余量保證鎖舌能夠插入，導(dǎo)致鎖舌插入量不夠。故零件加工質(zhì)量和裝配質(zhì)量也是導(dǎo)致此次事故的原因之一。

3 改進(jìn)方案

根據(jù)對口蓋的故障原因分析，對此次故障總的改進(jìn)設(shè)想是：提高口蓋的剛性，更換更可靠的航空標(biāo)準(zhǔn)鎖，以提高零件質(zhì)量和裝配質(zhì)量。

1）提高口蓋的剛性

原口蓋由1.2mm厚的LY12的硬鋁板材鈑金加工而成，剛性較差。為提高口蓋的剛性，對口蓋進(jìn)行了如下改進(jìn)設(shè)計(jì)：

（1）對在制品，將口蓋更換新件，并在口蓋內(nèi)部沿縱向增加兩根型材，提高口蓋的剛度，見圖3（a）。

（2）對后續(xù)新生產(chǎn)的飛機(jī)，為減少零件數(shù)量，提高整體性，將口蓋改為由LY12預(yù)拉伸板機(jī)械加工而成。在口蓋的兩側(cè)增加了4mm高的加強(qiáng)筋，并在口蓋鎖安裝處局部加厚，如圖3（b）所示。

2）更換口蓋鎖

原口蓋鎖內(nèi)部彈簧片結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能較差，故更換牌號(hào)為HB2-12的航空標(biāo)準(zhǔn)口蓋鎖。該口蓋鎖（HB2-12）用于飛機(jī)頻繁開啟的非承力小口蓋，開關(guān)時(shí)不需用工具，可直接手動(dòng)打開、閉合[2]。HB2-12口蓋鎖較原口蓋鎖，其優(yōu)勢在于：

（1）HB2-12口蓋鎖的內(nèi)部觸發(fā)機(jī)構(gòu)有雙重拉伸彈簧，安全可靠；

（2）HB2-12口蓋鎖鎖舌插入量較大，而插入量越大，抗松脫的效果則越好。

圖3 改進(jìn)后的口蓋結(jié)構(gòu)圖

3）重視零件的加工質(zhì)量及裝配質(zhì)量

在零件的生產(chǎn)加工過程中應(yīng)重視對零件原始質(zhì)量的評估，上鎖孔的尺寸應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，對不滿足要求的零件應(yīng)采取補(bǔ)加工或報(bào)廢處理。在口蓋鎖裝配時(shí)，應(yīng)保證鎖舌插入上鎖孔的長度滿足要求，口蓋鎖安裝好后，首次使用時(shí)應(yīng)對其閉合力進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)有卡澀現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)檢查原因。

4 改進(jìn)方案評估

依據(jù)飛機(jī)航炮吊艙炮口壓力場測試報(bào)告，炮口附近各測量點(diǎn)壓力最大值為0.0544MPa，吸力最大為0.0321 MPa。分別根據(jù)改進(jìn)前和改進(jìn)后口蓋結(jié)構(gòu)建立局部有限元模型，口蓋和口蓋鎖連接鉚釘采用MPC模擬，鎖舌與孔間采用MPC約束鎖舌局部坐標(biāo)Y向位移，如圖4、圖6所示。將載荷施加在整個(gè)外蒙皮和口蓋上，經(jīng)msc/nastran分析軟件計(jì)算，分別計(jì)算最大壓力和最大吸力情況下口蓋變形，計(jì)算結(jié)果如圖5、圖7所示。

圖4 原口蓋結(jié)構(gòu)局部有限元模型

圖5 改進(jìn)前口蓋的變形情況

圖6 改進(jìn)后口蓋結(jié)構(gòu)局部有限元模型

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，原方案在最大壓力情況下，結(jié)構(gòu)的最大變形為5.54mm，最大吸力情況下，結(jié)構(gòu)的最大變形為3.30mm，而改進(jìn)方案在最大壓力情況下，結(jié)構(gòu)的最大變形為4.46mm，最大吸力情況下，結(jié)構(gòu)的最大變形為2.64mm。改進(jìn)方案較原方案的最大變形量分別減少了19.5%和20%，從分析結(jié)果來看，改進(jìn)方案提高了口蓋的剛度。改進(jìn)方案與原方案變形量對比情況見表1。

表1 改進(jìn)方案與原方案變形量對比

5 結(jié)語

飛機(jī)炮口附近充氣口蓋變形，口蓋鎖松動(dòng)，是剛性不足的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲的特殊環(huán)境下的破壞結(jié)果；因此，飛機(jī)口蓋鎖的選用十分重要，在選用口蓋鎖時(shí)，既要滿足口蓋的維修要求，又要保證口蓋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)，以保證裝機(jī)使用的維修性和安全性；同時(shí)，零件的加工質(zhì)量及裝配質(zhì)量對口蓋的可靠性有直接的影響。

圖7 改進(jìn)后口蓋的變形情況

[1]周永南.強(qiáng)五D飛機(jī)機(jī)尾罩下蒙皮鉚釘松動(dòng)、脫落原因淺析[J].洪都科技，2000，4：（16-18）.

[2]楊文芳.淺談飛機(jī)口蓋鎖的選用[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2011，3：（48-50）.

>>>作者簡介

劉貴芳，女，1984年4月出生，2009年畢業(yè)于大連理工大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

Analysis on failure of aircraft charging access cover

Liu Guifang,Yu Zhiming,Lin Zhenhua,Cheng Guanglin
(AVIC Hongdu Aviation Industry Group,Nanchang,Jiangxi,330024)

This paper presents analysis on failure of charging access cover near the gun muzzle happened in the ground gun vibration test.After checking of defective access cover on the site,the cause is found.an improvement plan is proposed and evaluated.The analysis result shows the plan can reduce the max.deformation of access cover greatly and improve reliability of access cover.

access cover lock;access cover deformation;reliability

2016-01-09）