酒精箱串位原因分析及解決措施

王志強(qiáng)，宋喆慧，惠飛淵

(沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司 工藝處，遼寧 沈陽(yáng) 110034)

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酒精箱串位原因分析及解決措施

王志強(qiáng)，宋喆慧，惠飛淵

(沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司 工藝處，遼寧 沈陽(yáng) 110034)

摘要：某型飛機(jī)在航炮實(shí)彈空中打靶后，除冰系統(tǒng)中的酒精箱發(fā)生了串位現(xiàn)象，影響了飛行安全。為解決這一問(wèn)題，從制造工藝過(guò)程及關(guān)鍵零部件的材料性能方面進(jìn)行了原因分析，并對(duì)幾項(xiàng)影響因素制定了換料生產(chǎn)托板零件、加大裝配力矩和增加裝配防滑等解決措施。經(jīng)航炮實(shí)彈地面打靶及空中打靶試驗(yàn)，證明措施可行。酒精箱串位的直接原因是裝配時(shí)對(duì)螺栓的擰緊力矩小，使酒精箱裝配不緊；而根本原因是酒精箱下方的托板零件剛度較低，裝配時(shí)向下彎曲變形，承受不了較大的裝配力矩。通過(guò)將托板零件換料，使托板剛度增大，提高裝配力矩，保證了酒精箱的裝配質(zhì)量，解決了航炮實(shí)彈空中打靶射擊酒精箱串位問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：酒精箱；裝配力矩；串位；彎曲強(qiáng)度

飛機(jī)在高空飛行時(shí)，將遇到比地面溫度低很多的氣候條件，低溫能引起座艙風(fēng)擋結(jié)冰或結(jié)霜，影響飛行員的視覺(jué)，所以在飛機(jī)上都設(shè)有除冰系統(tǒng)[1]。某型飛機(jī)使用酒精進(jìn)行除冰，盛裝酒精的酒精箱安裝在前起落架艙門(mén)壁板上，此位置處于航炮炮艙區(qū)附近。為防止炮艙區(qū)振動(dòng)環(huán)境[2]的影響，安裝酒精箱的托板材料選擇具有黏彈性阻尼特點(diǎn)[3]的高聚物尼龍，并且零件被設(shè)計(jì)成減振結(jié)構(gòu)，便于吸能，減少振動(dòng)對(duì)酒精箱的影響。裝配過(guò)程中要求酒精箱的管接頭與艙門(mén)壁板間隙≥1 mm，避免對(duì)酒精箱產(chǎn)生磨損而帶來(lái)安全隱患。

1問(wèn)題現(xiàn)象

某型飛機(jī)在外場(chǎng)航炮實(shí)彈空中打靶射擊后，地面檢查發(fā)現(xiàn)酒精箱箍帶與酒精箱有2種串位現(xiàn)象：1)酒精箱上的擋板越過(guò)箍帶，酒精箱整體沿航向串動(dòng)；2)酒精箱與箍帶間旋轉(zhuǎn)約一個(gè)刻度。同時(shí)，參加航炮實(shí)彈空靶訓(xùn)練的另一種型號(hào)飛機(jī)也存在同樣現(xiàn)象。上述問(wèn)題使酒精箱不能可靠定位，易使酒精箱管接頭與前起落架艙門(mén)壁板碰撞而損害酒精箱，影響風(fēng)擋除冰。酒精箱串位現(xiàn)象如圖1所示。

圖1　酒精箱串位示意圖

2原因分析

2.1裝配力矩影響

經(jīng)查，引起酒精箱串位的直接原因是緊定酒精箱箍帶時(shí)對(duì)螺栓的裝配力矩小(約1.7 N·m)，造成箍帶裝配不緊。這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)對(duì)裝配狀態(tài)有要求：在裝配力矩≤3.9 N·m條件下，酒精箱管接頭與前起艙門(mén)壁板間隙≥1 mm。由于酒精箱下面的托板零件剛度較低，裝配時(shí)向下彎曲變形，在裝配力矩約1.7 N·m時(shí)，酒精箱管接頭與前起艙門(mén)壁板間隙達(dá)到了1 mm，再加大力矩將不能滿(mǎn)足1 mm的要求。所以托板零件剛度不足，酒精箱裝配時(shí)箍帶不能裝緊(裝配力矩小)，在航炮實(shí)彈空靶射擊振動(dòng)影響下，引起酒精箱串位現(xiàn)象的發(fā)生。托板零件如圖2所示。

圖2　托板零件

2.2材料性能分析

托板零件材料是尼龍610，屬于高聚物。高聚物的黏彈性表現(xiàn)即力學(xué)松弛，在其作為結(jié)構(gòu)件，并且長(zhǎng)期承受應(yīng)力的情況下，必然表現(xiàn)出應(yīng)力松弛，即在應(yīng)變保持不變的情況下，應(yīng)力隨時(shí)間的增加而逐漸衰減。對(duì)于酒精箱裝配系統(tǒng)而言，隨著應(yīng)力松弛的發(fā)生，箍帶與酒精箱間的裝配壓力變小，裝配力矩也將小于初裝配時(shí)的約1.7 N·m。在外場(chǎng)使用時(shí)，更容易在炮振的影響下引起酒精箱串位現(xiàn)象發(fā)生。

3解決措施

3.1托板零件換料

查清了酒精箱串位的原因，就要解決托板零件的剛度差的問(wèn)題[4]。托板零件材料是尼龍610，屬于線形高聚物，采用注射方法成型，材料性能為彎曲強(qiáng)度≥85 MPa，沖擊強(qiáng)度(缺口)≥ 5 kJ/m2。經(jīng)對(duì)比，MC澆鑄尼龍屬于交聯(lián)高聚物，其性能為彎曲強(qiáng)度≥90 MPa，沖擊強(qiáng)度(無(wú)缺口)不破損，說(shuō)明MC澆鑄尼龍比尼龍610彎曲強(qiáng)度高，并且具有更高的韌度。在應(yīng)力松弛方面，只有交聯(lián)高聚物應(yīng)力松弛不會(huì)減到零(因?yàn)椴粫?huì)產(chǎn)生分子間滑移)，而線形高聚物的應(yīng)力松弛理論上可減到零；所以，決定采用MC澆鑄尼龍代替尼龍610生產(chǎn)托板零件，并進(jìn)行試裝鑒定。

3.1.1加工過(guò)程

尼龍610屬于熱塑性塑料，在生產(chǎn)中采用的是注射成型。MC澆鑄尼龍屬于熱固性塑料，與熱塑性塑料成型機(jī)理不同，在現(xiàn)有的設(shè)備能力條件下不能用注射方法成型，現(xiàn)采購(gòu)的MC澆鑄尼龍是板料狀態(tài)，只能采用機(jī)械加工方法生產(chǎn)托板零件。

機(jī)械加工工藝流程如下：申請(qǐng)外形樣板→板料帶鋸下料→毛料銑切→按樣板劃線→按線銑切→鉗工修形鉆孔。

由于圖樣是適合注射成型的，曲面多而復(fù)雜，并且MC澆鑄尼龍材料韌度大，靠鉗工手工修整很難達(dá)到圖樣要求的精度，試裝過(guò)程有與酒精箱不貼合的地方，反映不出試裝的真實(shí)效果。

在使用XA5032立式銑床加工、鉗工手工修整零件不能滿(mǎn)足使用要求的情況下，改用VMC立式綜合加工中心機(jī)(數(shù)控銑床)加工的方案。按圖樣數(shù)據(jù)編寫(xiě)加工程序，在數(shù)控銑床上加工托板零件，生產(chǎn)出符合圖樣的托板零件。

3.1.2試裝結(jié)果

將用MC澆鑄尼龍生產(chǎn)的托板零件進(jìn)行了試裝，裝配力矩為3.9 N·m，酒精箱管接頭與前起艙門(mén)壁板間隙達(dá)到了≥1 mm，箍帶與酒精箱間裝配緊密。

按上述裝配狀態(tài)進(jìn)行了機(jī)上地面航炮射擊試驗(yàn)，共發(fā)射25發(fā)，檢查酒精箱未發(fā)現(xiàn)沿航向串動(dòng)現(xiàn)象，但酒精箱與箍帶沿周向有約2 mm轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.2裝配條件改進(jìn)及地面炮振試驗(yàn)

觀察裝配關(guān)系，箍帶與酒精箱都是金屬材料，且表面光滑，相互之間摩擦因數(shù)小。為增大摩擦力，決定在箍帶上粘接一層1 mm厚的防滑織物，增加箍帶的防滑作用，避免酒精箱轉(zhuǎn)動(dòng)。

地面炮振試驗(yàn)使用振動(dòng)臺(tái)，型號(hào)為SAⅠ120-T2000-44-ST(8.9 T)。使用裝機(jī)零件，將酒精箱模擬裝機(jī)狀態(tài)安裝在夾具上，將箍帶螺栓裝配力矩加到3.5 N·m，打好保險(xiǎn)。再把裝好試驗(yàn)件的夾具安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，所有緊固螺釘按要求緊固。目視檢查試驗(yàn)件無(wú)機(jī)械損傷。振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程為毎試驗(yàn)10 s,停止3 min，測(cè)試此時(shí)箍帶固定螺栓的擰緊力矩，并記錄。該過(guò)程進(jìn)行4次，累積試驗(yàn)到4.5 min為止，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　試驗(yàn)時(shí)間及測(cè)試記錄

由表1可以看出，經(jīng)過(guò)第1次10 s振動(dòng)，力矩由初始值3.5 N·m降低為3.4 N·m，并且達(dá)到穩(wěn)定，說(shuō)明系統(tǒng)有消除內(nèi)應(yīng)力并達(dá)到再平衡的過(guò)程。試驗(yàn)結(jié)束后檢查酒精箱，未發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞；試驗(yàn)過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)其在固定卡箍?jī)?nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.3機(jī)上實(shí)彈射擊驗(yàn)證

改進(jìn)措施最終應(yīng)進(jìn)行機(jī)上空中實(shí)彈航炮打靶驗(yàn)證，單架份≥30發(fā)。

進(jìn)行實(shí)彈空中打靶射擊試驗(yàn)之前，首先進(jìn)行了地面打靶試驗(yàn)驗(yàn)證。在某型飛機(jī)上換裝了MC澆鑄尼龍生產(chǎn)的托板零件，并在箍帶上粘接一層防滑織物，在酒精箱管接頭與前起艙門(mén)壁板間隙≥1 mm的條件下，裝配狀態(tài)為航前3.9 N·m、航后3.9 N·m。航炮地面打靶試驗(yàn)過(guò)程為2個(gè)單發(fā)，3個(gè)15發(fā)，1個(gè)25發(fā)。每段靶試后觀察，直至整個(gè)靶試結(jié)束后觀察，未發(fā)現(xiàn)酒精箱有串動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。

打靶試驗(yàn)后，對(duì)2個(gè)連接箍帶的螺栓裝配扭矩進(jìn)行測(cè)量，裝配力矩為航前3.5 N·m、航后3.5 N·m。在此裝配力矩條件下，進(jìn)行了實(shí)彈空中打靶射擊試驗(yàn)，共發(fā)射150發(fā)，飛機(jī)打靶后返場(chǎng)檢查，未發(fā)現(xiàn)酒精箱有串動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，可以得到如下結(jié)論。

1)航炮實(shí)彈空中打靶射擊酒精箱串位的直接原因是裝配箍帶時(shí)對(duì)螺栓的擰緊力矩小，只有1.7 N·m，與設(shè)計(jì)要求的裝配力矩上限3.9 N·m相差較大，使箍帶裝配不緊。

2)擰緊力矩不能加大的根本原因是酒精箱下面的托板零件剛度較低，裝配時(shí)向下彎曲變形，在裝配力矩約1.7 N·m時(shí)，酒精箱管接頭與前起艙門(mén)壁板間隙已接近1 mm，所以力矩?zé)o法再加大。

3)通過(guò)更換托板零件材料及在箍帶上粘接一層防滑織物，使托板剛度增大，防止酒精箱滑動(dòng)，通過(guò)試驗(yàn)確定了裝配工藝參數(shù)，即裝配力矩應(yīng)達(dá)到3.5～3.9 N·m。經(jīng)過(guò)地靶及空靶實(shí)際炮振試驗(yàn)，酒精箱未發(fā)生串動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象，解決了航炮實(shí)彈空中打靶射擊酒精箱串位問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯彭光宇

Reason Analysis and Solution Measure of the Alcohol Box Location Transformation

WANG Zhiqiang， SONG Zhehui， HUI Feiyuan

(Shenyang Aircraft Industry(Group)Co., Ltd.， Shenyang 110034， China)

Abstract：The alcohol box of a certain aircraft deicing system is changed after the launch of voyage shot. This phenonmenon can affect flight safety.To solve this problem,the reasons are analyzed from the aspects of manufacturing process and material properties of the key parts. Aiming at the above affecting factors,the solution measures are established. After the verification of voyage shot ball cartridge target on the ground and in the air,the solution measures are proved to be feasible.It is discovered that the tightening torque of bolt is just the direct cause of alcohol box location transformation,and the basic reasons is the low strength of splint under the alcohol box.Substitutions of material of the splint can enlarge the strength of the splint,and the assembly torque is improved. So the assembly quality of the alcohol box is ensured.The problem of the location transformation of alcohol box after the launch of voyage shot ball cartridge in the air is solved.

Key words:alcohol box， assemblage moment， location transformation， bending strength

收稿日期：2015-06-15

作者簡(jiǎn)介：王志強(qiáng)(1958-)，男，高級(jí)工程師，主要從事非金屬工藝等方面的研究。

中圖分類(lèi)號(hào)：TH 162+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A