淺談民機(jī)結(jié)構(gòu)緊固件超差的處理

苗強(qiáng)

【摘 要】在飛機(jī)的制造、裝配過程中會(huì)出現(xiàn)各種超差，涉及緊固件的超差占總超差數(shù)量的80%以上。本文介紹了幾種常見的緊固件超差，闡述超差的修理原則、方法以及使用條件，給出處置方案，使其滿足強(qiáng)度要求，又不影響周邊結(jié)構(gòu)的連接，可供民機(jī)設(shè)計(jì)工程師和修理工程師參考。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；結(jié)構(gòu)；緊固件；修理

中圖分類號(hào)： V267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2457（2018）08-0139-001

Solutions of structure fastener damages of civil aircraft fuselage

MIAO Qiang

（Shanghai aircraft design and Research Institute，Shanghai Pudong District，201210，China）

【Abstract】Fuselage structure may suffer all kinds of damage during manufacture and assembly， and 80% of these damages involves fasteners. In this article， we present several kinds of fastener damages which are most commonly seen on aircraft. Besides， repair solutions and strengthen methods are discussed， which can be a guidance to fuselage designers and maintenance engineers.

【Key words】Civil aircraft； Structure； Fastener； Repair

飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)是由數(shù)萬項(xiàng)零組件裝配而成的，零組件之間常用緊固件進(jìn)行連接。緊固件連接的結(jié)構(gòu)承載能力高，疲勞性能好，在飛機(jī)上應(yīng)用最廣。航空緊固件類型繁多，大致可以分為兩類：可拆卸型和永久型?？刹鹦缎途o固件包括螺栓、螺母、螺釘、銷釘?shù)?。永久型緊固件有鉚釘、高鎖螺栓、環(huán)槽釘?shù)?。目前，鉚釘可以使用自動(dòng)鉆鉚機(jī)安裝，而螺栓類緊固件仍需要手工來完成。

飛機(jī)在生產(chǎn)過程中常會(huì)出現(xiàn)與設(shè)計(jì)狀態(tài)不符的情況，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)件的拒收，也叫超差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，涉及緊固件的超差占總超差的80%以上，而這些超差幾乎都是由人為因素引起。為滿足維修性，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)應(yīng)預(yù)留足夠的維修空間。結(jié)構(gòu)修理后，應(yīng)與修理前具有相同的承載能力、結(jié)構(gòu)剛度和服役壽命。修理方案應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，方便操作，在考慮靜強(qiáng)度的同時(shí)要注意疲勞和損失容限要求。對(duì)于超差問題，并不存在一個(gè)普適的處理方法，而應(yīng)該將每個(gè)超差處理看作一個(gè)單獨(dú)的設(shè)計(jì)，而且處理超差比開始新的設(shè)計(jì)要復(fù)雜的多。以下將介紹幾種最常見的超差情況，給出分析方法和處理方案。

1 常見緊固件超差

1.1 邊距不足

一般來說，緊固件邊距取為2D+1（D為緊固件直徑），這是留有設(shè)計(jì)余量的數(shù)值以應(yīng)對(duì)孔位、孔徑超差等情況。通常來說，邊距2D是被允許的，有些時(shí)候1.5D（邊距與載荷方向垂直）也滿足強(qiáng)度要求。這些需經(jīng)過強(qiáng)度分析才能確定是否可以原樣使用。

如果不能原樣使用，通?？砂匆韵聝煞N方法處理：（1）在空間允許的情況下，新增一個(gè)新的相同規(guī)格的緊固件，并滿足邊距和間距要求，超差的緊固件保留；（2）在原來結(jié)構(gòu)上增加一個(gè)相同材料、相同外形且厚度增大一級(jí)的補(bǔ)片。補(bǔ)片尺寸要覆蓋超差緊固件基礎(chǔ)上，再延伸兩個(gè)緊固件。

1.2 孔徑超差

當(dāng)緊固件孔徑超差較小，通常采用安裝加大緊固件的方法。標(biāo)準(zhǔn)加大緊固件的直徑為加大1/32in和1/16in。

當(dāng)緊固件孔徑超差較多，無法使用安裝加大緊固件來解決。這時(shí)可以采用加襯套的方法。常使用的有柱形襯套和埋頭襯套。埋頭襯套可保證襯套單向不滑落。襯套-超差孔使用干涉配合，干涉量可取0.0015-0.0035in。超差孔中塞入襯套后，在原來位置安裝原緊固件。選用襯套時(shí)應(yīng)盡可能選擇較小直徑的襯套，保證襯套的最小壁厚為0.03in。安裝柱形襯套的外徑不能超過緊固件頭部的直徑，以防止襯套從孔中脫落。

1.3 緊固件釘頭與圓角區(qū)干涉

當(dāng)緊固件釘頭進(jìn)入結(jié)構(gòu)圓角，可以選擇反裝該緊固件。如果仍無法避開干涉，可以在緊固件和結(jié)構(gòu)元件之間增加一塊墊板。墊板的最小厚度等于圓角半徑加上0.02in，需保證緊固件在墊板上滿足邊距要求。

1.4 多余孔

通常來說，機(jī)身結(jié)構(gòu)上不允許留有空孔（超差孔和工藝孔）。開孔引起的應(yīng)力集中會(huì)大大降低結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。對(duì)于結(jié)構(gòu)上必須開的孔，如系統(tǒng)通過孔，設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)在開孔區(qū)加厚以降低應(yīng)力水平。研究表明，干涉配合的堵孔可以將疲勞壽命提高至未實(shí)施堵孔的四倍。合格的堵孔，堵孔件能夠傳遞通過該孔的壓縮載荷，防止孔在拉伸和壓縮載荷下發(fā)生變形，通過配合在孔邊產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力。因此，結(jié)構(gòu)多余空孔一定要堵住，并應(yīng)滿足以上堵孔要求。

當(dāng)單層結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)多余空孔，可用緊固件進(jìn)行堵孔。工程常用鉚釘“AD”（2117-T3）或“DD”（2024-T31）釘堵孔，可按需選用平頭或埋頭釘。

當(dāng)多余孔穿過多層結(jié)構(gòu)件，若滿足緊固件的邊距和間距要求，可在多余孔處增加一顆緊固件；若不滿足要求，應(yīng)采取分層堵孔方式來處理。這是因?yàn)?，堵釘穿過兩層或多層零件，堵釘就要承受、傳遞零件之間載荷，對(duì)該區(qū)域緊固件上的載荷分配會(huì)產(chǎn)生影響。如果堵孔直徑過大，堵釘要傳遞與直徑相應(yīng)的較大載荷，這會(huì)導(dǎo)致堵釘周圍結(jié)構(gòu)材料剪壞。

如果開孔距離零件邊緣太近，如孔距離結(jié)構(gòu)邊緣等于或小于1.6mm，應(yīng)銼修掉該孔，打磨光滑后進(jìn)行手工陽(yáng)極化及涂漆處理。

2 小結(jié)

本文介紹了飛機(jī)在生產(chǎn)、制造過程中經(jīng)常出現(xiàn)的緊固件超差情況，處理原則和措施方法。在實(shí)際使用過程中，文中提及的處置方案不可直接套用，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度分析。本文給出了工程常遇到的緊固件超差的處理思路，可為民機(jī)設(shè)計(jì)工程師和結(jié)構(gòu)修理工程師提供參考。