波音777飛機翼下縱梁改裝的技術分析

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摘要：國內(nèi)某航空公司一架波音777-300ER飛機在定檢中執(zhí)行波音服務通告機身翼下縱梁檢查工作時發(fā)現(xiàn)臨近STA 1035位置的一個緊固件孔有裂紋，根據(jù)適航指令要求，需要執(zhí)行翼下縱梁改裝工作。本文詳細介紹了翼下縱梁產(chǎn)生裂紋的背景和原因，分析了施工方案以及改裝過程中的關鍵技術和注意事項，可供航空公司和MRO參考。

關鍵詞：波音777；裂紋；翼下縱梁；改裝

Keywords：B777 aircraft；crack；underwing longeron；modification

0 引言

翼下縱梁位于中央翼與機身連接區(qū)域，連接中央翼下蒙皮與機身蒙皮結構，傳遞中央翼下表面與機身前部結構載荷。生產(chǎn)線號1～400的波音777飛機，翼下縱梁為組合拼裝式結構，自生產(chǎn)線號401起，開始使用單片式機加型翼下縱梁。波音公司自2015年7月起已收到多起關于翼下縱梁裂紋的報告，均為這種單片式翼下縱梁。在第一起事件中，航空公司發(fā)現(xiàn)前貨艙區(qū)域有燃油氣味，排故中發(fā)現(xiàn)翼下縱梁在中央翼連接區(qū)域斷裂。之后又收到多起裂紋報告，世界機隊發(fā)現(xiàn)的最早出現(xiàn)裂紋的飛機為3784FC和31240FH。發(fā)生典型結構裂紋損傷的位置如圖1所示。

1 故障描述及原因分析

1.1 故障描述

國內(nèi)某航空公司一架波音777-300ER飛機在定檢中執(zhí)行波音服務通告機身翼下縱梁檢查工作，在執(zhí)行右側(cè)縱梁超聲檢查時發(fā)現(xiàn)臨近STA 1035位置一個緊固件孔有裂紋，裂紋長度0.2in，具體位置見圖2，發(fā)現(xiàn)裂紋時的基本信息如表1所示。

1.2 原因分析

結合波音777飛機翼下縱梁裂紋的歷史事件和本次的故障報告，詳細分析了翼下縱梁產(chǎn)生裂紋的原因，以及可能造成的后果。

縱梁的斷裂方式為疲勞斷裂，裂紋產(chǎn)生于縱梁和大翼下蒙皮的接合面，稍微偏離緊固件孔。在縱梁下部的機身蒙皮上發(fā)現(xiàn)的裂紋與該位置緊固件施加的載荷有關。緊固件載荷傳遞、局部彎曲、緊固件孔冷拔過程中的表面形變等的相互作用使該區(qū)域出現(xiàn)應力集中，導致翼下縱梁過早出現(xiàn)疲勞斷裂。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的裂紋可能導致翼下縱梁斷裂，裂紋的擴展會使大翼下縱梁緣條產(chǎn)生裂紋。如果裂紋未被發(fā)現(xiàn)，將導致燃油滲漏到前貨艙區(qū)域，增加火警風險或發(fā)生更多不安全事件，最終嚴重影響飛機的結構完整性和飛行安全。

根據(jù)適航指令要求，發(fā)現(xiàn)裂紋后可執(zhí)行翼下縱梁更換工作或翼下縱梁改裝工作。波音公司建議航空公司直接執(zhí)行翼下縱梁改裝工作。

該改裝是波音777機型繼STA246地板梁改裝后的又一重大結構改裝項目。

2 工程方案簡介

針對翼下縱梁裂紋損傷，波音頒發(fā)的兩份服務通告（SB）提供了兩種解決方案，一是對該區(qū)域進行檢查并在發(fā)現(xiàn)損傷后進行更換和重檢，二是執(zhí)行翼下縱梁改裝。FAA/CAAC也已頒發(fā)適航指令，具體信息如下。

2.1 適航指令強制的翼下縱梁檢查和視情更換

2019年6月，F(xiàn)AA和CAAC分別頒發(fā)新的適航指令AD2019-11-02/CAD2019-B777-03，替代了FAA和CAAC于2017年8月頒發(fā)的適航指令AD2017-16-10/ CAD2017-09-15，要求參考SB 777-53A0081對適用飛機進行翼下縱梁檢查，若發(fā)現(xiàn)裂紋，更換原件號翼下縱梁，并后續(xù)進行重檢。相關信息如表2所示。

2.2 SB777-53-0084翼下縱梁改裝

波音對翼下縱梁進行了重新設計并頒發(fā)SB 777-53-0084。新設計在機身蒙皮區(qū)域增加一層機加型加強板，并對縱梁接頭構型進行了更改。該方案是上述適航指令強制措施的等效替代方法（AMOC），可以終止上述SB 777-53A0081重檢。改裝工作包括：拆除原有縱梁接頭，對機翼下蒙皮、前梁下緣條與機身環(huán)形緣條及機身下蒙皮進行詳細、超聲、表面高頻和開孔高頻渦流檢查，并對機身蒙皮安裝加強板，安裝新型縱梁接頭。相關信息如表3所示。

3 翼下縱梁改裝關鍵技術分析

3.1 頂托方案的確認

在此項改裝中，如果左右兩側(cè)同時施工，可參考波音在服務通告中提供的頂托方案（見圖3）。該方案根據(jù)不同的飛機重量和重心位置進行頂托數(shù)據(jù)選擇，但由于此項改裝周期較長，一般會結合在定檢工作中執(zhí)行，涉及飛機和客艙相關部件的拆除工作。通過計算方法不能準確獲得飛機重量和重心位置，對改裝的安全產(chǎn)生影響。

北京飛機維修工程有限公司（Ameco）在執(zhí)行改裝工作中遇到上述問題，通過與廠家溝通討論后，獲得的解決方法是：根據(jù)AMM 07章測量頂點A/B/C三個頂托數(shù)據(jù)，計算獲得飛機的重量和重心位置，再根據(jù)圖3進行頂托數(shù)據(jù)選擇。由于波音提供的重量和重心數(shù)值區(qū)間較小，計算后會出現(xiàn)重量與重心不能滿足同一條件的情況，建議聯(lián)系廠家對頂托數(shù)據(jù)進行修正。

3.2 改裝中的結構檢查

當完成原有翼下縱梁拆除工作后，需對機翼下蒙皮、機身蒙皮、下梁緣條和機身環(huán)形緣條執(zhí)行詳細、超聲、表面高頻渦流和開孔高頻渦流檢查，以確認檢查區(qū)域和緊固件孔無裂紋和磨損損傷。

1）如果機身蒙皮發(fā)現(xiàn)裂紋，需按照改裝圖紙要求切除裂紋區(qū)域并安裝填片。

2）如果下梁緣條發(fā)現(xiàn)裂紋，需按照SRM57-10-10執(zhí)行修理。

3）如果發(fā)現(xiàn)其他損傷，可參考SRM相關章節(jié)允許損傷進行判定。

Ameco在執(zhí)行改裝過程中，在下梁緣條發(fā)現(xiàn)裂紋，根據(jù)SRM57-10-10執(zhí)行修理。該修理需訂購修理器材包，建議與改裝器材包同時準備。

3.3 機身加強板的配孔

機身加強板位于翼下縱梁與機身蒙皮之間，為雙曲度機加構型，其配孔安裝是此項改裝的主要工作之一。加強板的緊固件孔涉及新增孔和原有孔，大部分孔徑為3/8in，其中新增孔帶預制孔，如圖4所示。

加強板在初始定位中，需特別考慮緊固件孔短邊距和原有支架孔干涉，尤其重點關注前梁緣條區(qū)域原始緊固件孔的邊距，該位置容易出現(xiàn)短邊距缺陷，如圖5所示。在配孔工作中，由于機身內(nèi)部空間受限，緊固件孔徑較大，蒙皮和加強板較厚，需使用導套等垂直限位工具，逐級加大，防止孔出現(xiàn)偏心等缺陷。

3.4 翼下縱梁的配孔

翼下縱梁連接機身蒙皮、蒙皮加強板和中央翼下蒙皮，為雙曲度機加構型，與機身加強板和中央翼蒙皮進行貼合，其配孔安裝工作為此項改裝工作的重點。該件上的緊固件孔均需從機身蒙皮和中央翼下蒙皮的原孔翻至該件，如圖6、圖7所示。

在改裝初期，Ameco曾考慮以舊縱梁的孔為基準，使用機床對新縱梁進行翻孔，但機床設備能力所限，無法定位基準面。若機加工能力允許，可以考慮使用舊縱梁對新縱梁進行翻孔，將會節(jié)省較大的停場時間。

翼下縱梁配孔的技巧和注意事項如下：

1）使用縱梁前后各預留的兩個定位孔將縱梁定位。定位時需重點關注邊距、舊孔距法蘭邊圓角距離和距銑切臺階距離。由于原孔定位后均需加大，確保加大后上述距離滿足安裝要求。

2）縱梁初始定位，確?？v梁與機身蒙皮和中央翼蒙皮之間的間隙滿足要求，按需制作填片。

3）原縱梁安裝時存在填片，可使用該填片作為模板對新縱梁翻孔，或制作翻孔模板。

4）翻孔中需使用尺寸正確的鉸刀和合適的垂直限位工具，逐級加大，防止出現(xiàn)孔徑偏心缺陷。

4 結論

1）波音777翼下縱梁改裝是翼下縱梁裂紋重檢的終止措施，是該損傷缺陷的最終解決方案。

2）該改裝適用世界大部分在役的777飛機，改裝工作量大，停場時間長，建議航空公司結合定檢工作完成。目前，世界多家航空公司都在MRO中咨詢此項改裝的報價和周期，開發(fā)此項改裝能力也可為MRO提供又一經(jīng)濟增長點。

3）本文詳細介紹了翼下縱梁產(chǎn)生裂紋的事件背景并分析了裂紋產(chǎn)生的原因，介紹了施工方案以及改裝過程中的關鍵技術和注意事項，可供航空公司和MRO參考。