波音737NG系列飛機平尾下蒙皮裂紋故障分析

張程遠(yuǎn)

摘要：通過對波音737NG飛機平尾裂紋的故障分析，提出改進措施。以供同行在實際維護工作中參考。

關(guān)鍵詞：水平安定面；裂紋；檢查方法

Keywords：horizontal stabilizer；crack；inspection method

安全是民用航空永恒的主題，也是從業(yè)人孜孜以求的目標(biāo)。2018年底到2019年初短短不到半年時間，波音737 MAX客機連續(xù)發(fā)生兩起重大空難，中國民用航空局要求立即停飛國內(nèi)航空公司所有波音737 MAX機型。在該機型全面停飛后，相當(dāng)一部分的中短程飛行任務(wù)就落在了其上一代波音737NG系列機型肩上。隨著運行頻次的增加，保障和維護波音737NG系列飛機以使其安全穩(wěn)定地投入運營顯得尤為重要。

1 案例分析

2019年11月，兩架波音737NG機型C檢停場期間，在水平尾翼下翼面檢查中發(fā)現(xiàn)在原有裂紋修理附近出現(xiàn)大量新裂紋。一架737-800客機左側(cè)裂紋5處，右側(cè)裂紋3處；另一架737-700客機左側(cè)裂紋6處，右側(cè)裂紋4處。就此情況Ameco發(fā)郵件問詢波音工程部門，其建議依據(jù)波音737結(jié)構(gòu)修理手冊中55-10-01章的要求，將相鄰的新舊裂紋合并一處進行B類修理并附加循環(huán)檢查（見圖1）。

排故結(jié)束后，波音回復(fù)的技術(shù)評估中有這樣一段話“根據(jù)737結(jié)構(gòu)修理手冊51-00-04，受影響的下蒙皮屬于FCBS（疲勞臨界基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）、PSE（主要結(jié)構(gòu)件），如果處理不當(dāng)，將影響飛機的功能、結(jié)構(gòu)強度、重量、平衡及其他影響飛機適航性的因素”，那么，如此重要的位置為何反復(fù)出現(xiàn)大量裂紋？

經(jīng)過分析認(rèn)為，首先是材料問題。從水平尾翼的功用來看，其對飛機產(chǎn)生俯仰力矩，在飛機水平飛行和做俯仰機動時承受相當(dāng)?shù)臍鈩虞d荷。長期的疲勞載荷作用下會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞損傷，進而出現(xiàn)裂紋。因此，對抗疲勞性有較高要求的下翼面蒙皮普遍使用2系鋁合金。該系鋁合金為鋁銅合金，雖然較7系鋁合金強度有所降低，但卻有著良好的抗疲勞性。該型飛機平尾下蒙皮使用的正是2024T3狀態(tài)的鋁合金材料，但值得注意的是，蒙皮的厚度根據(jù)受力的不同而不同。以波音747型飛機為例，其機翼翼根部位的蒙皮厚度達(dá)到20.32mm，翼尖部位的厚度也有4mm。通過查閱手冊和實際測量，卻發(fā)現(xiàn)波音737NG系列飛機平尾下蒙皮的厚度僅為1.8mm，這使其在與翼肋結(jié)合的部位在長期受到氣動載荷的作用下容易產(chǎn)生裂紋。

其次是檢查的周期和級別。查閱根據(jù)波音MPD（維護計劃文件）編寫的高于其標(biāo)準(zhǔn)的MEP（維修執(zhí)行計劃），其中規(guī)定該部位首檢時間為6C，重檢間隔為4C。依據(jù)過往的數(shù)據(jù)，每一次C檢的時間間隔大約在一年半左右，因此，手冊標(biāo)準(zhǔn)明顯是針對機齡10年以上的飛機設(shè)置的。雖然從裂紋的形成到其穩(wěn)定擴展至臨界尺寸進而快速斷裂不是一蹴而就，需要一個損傷積累的時間，但對于頻繁起降的中短程客機來說，10年這個周期明顯過長，在此期間容易積累損傷而造成隱患。此外，該部位的檢查等級為一般目視檢查（GVI），其對外部結(jié)構(gòu)的檢查要求為“通過快速打開的接近蓋板或門可進行目視檢查的可視結(jié)構(gòu)，應(yīng)使用一定強度的光源，按需使用檢查工具，如鏡子等以及按需進行表面清潔和接近”。這一檢查等級的標(biāo)準(zhǔn)與詳細(xì)目視檢查（DVI）、特別詳細(xì)檢查（SDI）、無損檢測（NDT）相比顯然過低，且明顯不利于維護人員發(fā)現(xiàn)細(xì)微的裂紋。在之前的案例中，由于裂紋細(xì)微，肉眼很難確認(rèn)其長度，使得維修人員不得不借助NDT手段才能進行最終確認(rèn)。

2 建議與改進措施

綜上所述，針對波音737NG系列飛機水平尾翼下翼面裂紋問題，總結(jié)兩點建議：

1）對平尾蒙皮材料進行改進。復(fù)合材料具有比強度高、比剛度高等突出特點，且相較合金材料具有更好的抗疲勞特性（見圖2）。用于飛機結(jié)構(gòu)中的復(fù)合材料在保證安全的前提下還可以減輕結(jié)構(gòu)重量20%～30%，即降低了飛機重量又提高了飛行性能。因此，復(fù)合材料在飛機上的應(yīng)用比例逐步提高?？湛虯320機型已使用復(fù)合材料制造水平安定面，據(jù)查波音777機型的水平安定面也同樣以復(fù)合材料代替合金。因此，對現(xiàn)有機型的水平安定面進行材料更換也是有可能實現(xiàn)的。

2）現(xiàn)實可行的方法是縮短檢查周期、提升檢查級別。此項檢查工作的首檢時間應(yīng)設(shè)置為1C，重檢間隔可縮短至每一個C檢，而6C以后的大齡飛機更應(yīng)縮短至A檢，即每5個A檢間隔就需對此部位進行檢查。在周期長、技術(shù)支持全面的C檢中，則應(yīng)提升相應(yīng)的檢查級別，以無損檢測的方法代替一般目視檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)細(xì)小損傷，排除隱患。

3 結(jié)束語

在當(dāng)前飛機結(jié)構(gòu)的維護中，機務(wù)人員不單要依據(jù)工卡和手冊進行檢查和維護工作，還應(yīng)對工作中發(fā)現(xiàn)的問題多思考、深發(fā)掘。本文通過對波音737NG機型平尾下蒙皮裂紋問題的淺析，總結(jié)了裂紋產(chǎn)生的原因，提出了對該部位檢查工作的改進措施，降低了飛機帶故障運行的風(fēng)險，進而有效地保障了航空安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 李幼蘭.空氣動力學(xué)和維護技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：兵器工業(yè)出版社，2006.

[2] 任仁良，張鐵純.渦輪發(fā)動機飛機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng) [M].北京：兵器工業(yè)出版社，2008.