民用飛機(jī)外翼蒙皮表面損傷問題的工程處置研究

鐘煥杰

摘 要：外翼蒙皮表面損傷是民用飛機(jī)的常見制造偏離問題。該文研究了民用飛機(jī)外翼蒙皮的表面技術(shù)特性，梳理了結(jié)構(gòu)修理中該問題的分析思路和處置方法，提出了民用飛機(jī)外翼蒙皮表面損傷問題的工程處置流程。以某民機(jī)中下壁板表面損傷問題為例，說明了該分析研究在結(jié)構(gòu)工程處置中有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：外翼蒙皮 表面損傷 工程處置

中圖分類號：V262.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（a）-0001-02

外翼蒙皮是民機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的主要組成部分。對于外翼蒙皮而言，不僅要求蒙皮具有較好的強(qiáng)度和塑性，還要求蒙皮表面光滑，滿足氣動要求。外翼蒙皮制造過程中，由于工具、裝配干涉、操作失誤、人為保護(hù)不力等原因，可能造成蒙皮表面產(chǎn)生劃傷、擦傷、刻痕、碰傷、磕傷等損傷，對蒙皮的性能產(chǎn)生一定影響。

該文以民用飛機(jī)常用的金屬外翼蒙皮為研究對象，研究了蒙皮表面特性，并在此基礎(chǔ)上提出了外翼蒙皮表面損傷問題的處置流程，并將該流程應(yīng)用到某民機(jī)中下壁板表面損傷問題的工程處置之中。

1 外翼蒙皮表面特性

外翼蒙皮用于形成機(jī)翼流線形外形，飛機(jī)在承受空氣動力作用后，將作用力傳遞到機(jī)身機(jī)翼骨架上，外翼蒙皮主要參與機(jī)翼扭矩引起的剪流和彎矩引起的軸向拉壓。

為了保證外翼的設(shè)計要求，外翼蒙皮的表面性能也是至關(guān)重要的。外翼蒙皮主要有金屬蒙皮、復(fù)合材料層壓蒙皮、夾層蒙皮和整體壁板等型式，目前民用飛機(jī)上常用的是金屬蒙皮。蒙皮在完成零件制造加工之后，一般都會進(jìn)行噴丸、陽極化、表面漆層等處理措施。

噴丸是將很小直徑的鋼丸或玻璃丸以一定的速度撞擊金屬表面的一種表面強(qiáng)化工藝。通過噴丸可以誘導(dǎo)出金屬表層的殘余壓應(yīng)力，提高材料的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力并改善材料的疲勞性能。在民用飛機(jī)上常用的噴丸技術(shù)有噴丸成形和噴丸強(qiáng)化。噴丸成形是通過噴丸技術(shù)來進(jìn)行外翼蒙皮成形，是一種飛機(jī)鈑金特種工藝方法。為了滿足強(qiáng)度要求，部分區(qū)域還會進(jìn)行噴丸強(qiáng)化來提高強(qiáng)度。

陽極化是在鋁合金表面均勻形成一層薄薄氧化鋁的電解工藝。由于轉(zhuǎn)化涂層不影響疲勞壽命，因此，在結(jié)構(gòu)修理中經(jīng)常使用涂抹轉(zhuǎn)化涂層的方法來替代陽極化處理，陽極化對鋁合金具有很好的抗腐蝕保護(hù)作用。陽極化的方法有多種，常用的包括鉻酸陽極化、硫酸陽極化、刷涂轉(zhuǎn)化涂層等方法。外翼蒙皮一般都會進(jìn)行陽極化處理。

就結(jié)構(gòu)和外觀而言，蒙皮的表面處理是影響使用壽命的一個重要因素。金屬表面處理對靜強(qiáng)度的影響不大，主要影響疲勞壽命。如果對蒙皮表面的各種缺陷不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，則零件便會發(fā)生強(qiáng)度、功能和外觀問題。因此，必須對結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)和檢查，防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生表面損傷問題。

2 表面損傷處置流程

在了解外翼蒙皮表面特性的基礎(chǔ)上，可以分析研究外翼蒙皮表面損傷問題的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)修理方法，總結(jié)該類問題工程處置的一般流程，見圖1。

對于外翼表面損傷問題，首先要判斷該損傷是否會引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋。如果損傷是由于工具擦傷、劃傷等非沖擊原因引起的，則一般不會引起結(jié)構(gòu)裂紋。如果是沖擊型損傷或者原因不明，則需要通過無損檢測手段對損傷處進(jìn)行相關(guān)檢測，分析是否造成了結(jié)構(gòu)裂紋。

通過無損檢查發(fā)現(xiàn)蒙皮沒有裂紋時，可以對損傷區(qū)域進(jìn)行打磨，打磨范圍和打磨半徑要滿足工藝文件要求，打磨后保證與周圍區(qū)域光滑過渡。如果打磨區(qū)域在原圖紙中有噴丸要求，則打磨后需要進(jìn)行補(bǔ)噴丸處理。使用便攜式噴丸設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)噴丸，噴丸過程中應(yīng)保證噴丸強(qiáng)度和噴丸尺寸的均勻性。完成噴丸操作后，及時進(jìn)行防銹和防物理損傷保護(hù)。通過無損檢查發(fā)現(xiàn)蒙皮存在裂紋時，首先考慮通過打孔、修切等手段去除蒙皮上的裂紋區(qū)域。裂紋區(qū)域去除后，用鉚釘、柱塞等進(jìn)行填充處理。

然后進(jìn)行工程校核工作，主要包括強(qiáng)度校核和氣動校核。工程處置方案如果滿足強(qiáng)度要求，就可以執(zhí)行下一步處置意見。如果不滿足強(qiáng)度要求，則需要對修理區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)處理，比如在蒙皮的內(nèi)表面增加加強(qiáng)板。強(qiáng)度校核后，還需要進(jìn)行氣動校核，對不滿要求的位置需要進(jìn)行氣動面填平處理。如果滿足要求，則進(jìn)行表面漆層處理。表面漆層處理主要包括刷涂轉(zhuǎn)化涂層來抗腐蝕并作為底漆底層，然后涂刷零件底漆和面漆。

3 應(yīng)用案例

某民機(jī)外翼中下壁板蒙皮邊緣有一處工具碰傷，碰傷區(qū)域長約3 mm，寬約2 mm，深約0.6 mm。由于是工人在操作過程中使用工具不小心碰到零件造成的損傷，故障產(chǎn)生原因是比較清楚的。因此，可以結(jié)合問題產(chǎn)生的原因，根據(jù)該結(jié)構(gòu)區(qū)域的結(jié)構(gòu)形式和受力特性，進(jìn)行結(jié)構(gòu)工程處置方法的分析。

首先進(jìn)行無損檢測，通過檢測報告發(fā)現(xiàn)碰傷沒有造成零件表面產(chǎn)生裂紋。然后考慮通過打磨手段對損傷區(qū)域進(jìn)行打磨。打磨范圍包括打磨長度、打磨寬度和打磨深度。針對該位置蒙皮表面損傷問題，處置方案示意圖如圖2所示。碰傷在蒙皮表面，在外翼展向方向，打磨長度要遠(yuǎn)大于損傷尺寸，打磨寬度和打磨深度能保證覆蓋損傷區(qū)域即可。打磨工具、操作要滿足工藝文件要求，打磨后保證與周圍區(qū)域光滑過渡，打磨不能加深現(xiàn)有損傷深度。該區(qū)域位于零件邊緣，且損傷面積較小，因此打磨后無需進(jìn)行補(bǔ)噴丸處理。

下一步要針對該處置方案進(jìn)行強(qiáng)度和氣動影響性校核。經(jīng)過強(qiáng)度評估，打磨深度占零件總厚度的百分比較小，對強(qiáng)度的影響可接受。經(jīng)過氣動評估，打磨范圍和深度相對于整個翼面來說非常小，對氣動的影響可接受。

因此，經(jīng)過一系列分析評估，可以使用打磨方案對該損傷問題進(jìn)行工程處置。打磨后，根據(jù)工藝文件要求刷涂轉(zhuǎn)化膜層、底漆和面漆。

4 結(jié)語

表面損傷問題是民用飛機(jī)外翼蒙皮的典型制造偏離之一。該文在探討外翼蒙皮表面特性的基礎(chǔ)上，通過一系列的分析，總結(jié)歸納了民用飛機(jī)外翼蒙皮表面損傷問題在結(jié)構(gòu)修理中的一般處置方法，提出了民用飛機(jī)外翼蒙皮表面損傷處置流程。在實(shí)際的工程處置過程中，該分析研究可以為外翼蒙皮表面損傷問題處置提供清晰的思路和方法，提高該類結(jié)構(gòu)制造偏離問題的處置效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 陶梅貞.現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[2] 施劍瑋.飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理中去除蒙皮邊緣損傷的研究[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2012（18）：4572-4574，4578.

[3] 王國慶.民用飛機(jī)蒙皮損傷修理研究[J].機(jī)械與電子，2016（15）：104-105.

[4] 牛春勻.實(shí)用飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及尺寸設(shè)計[M].北京：航空工業(yè)出版社，2009.