進(jìn)氣道蒙皮鼓動(dòng)處理方案

劉秋娥

摘要：對(duì)進(jìn)氣道蒙皮鼓動(dòng)發(fā)生及轉(zhuǎn)移現(xiàn)象進(jìn)行分析，給出鼓動(dòng)發(fā)生和轉(zhuǎn)移的根本原因及解決措施，從源頭遏制了進(jìn)氣道蒙皮鼓動(dòng)的出現(xiàn)。本措施經(jīng)多架機(jī)驗(yàn)證后已正式在飛機(jī)上貫徹執(zhí)行。

關(guān)鍵詞：薄蒙皮鉚接結(jié)構(gòu)；裝配應(yīng)力；蒙皮鼓動(dòng)；轉(zhuǎn)移；中心法鉚接

Keywords：thin skin riveted construction；assembly stress；skin bulge；transferred；center riveting

0 引言

進(jìn)氣道因其受力較小而外形復(fù)雜，一般結(jié)構(gòu)形式為薄蒙皮鉚接結(jié)構(gòu)。飛機(jī)在進(jìn)氣道裝配過程中，屢次出現(xiàn)蒙皮鼓動(dòng)及鼓動(dòng)轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。若采用傳統(tǒng)方法排除鼓動(dòng)，即在鼓動(dòng)處增加鼓動(dòng)條，勢(shì)必將鼓動(dòng)轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力，鉚釘拉應(yīng)力增加，鉚釘斷裂或蒙皮裂紋的可能性增大。因進(jìn)氣道處于發(fā)動(dòng)機(jī)口進(jìn)氣段，鉚釘或蒙皮裂片可能直接被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)葉片損傷甚至出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)毀壞等安全事故，對(duì)飛行安全造成較大隱患。因此，當(dāng)進(jìn)氣道蒙皮出現(xiàn)鼓動(dòng)時(shí)，設(shè)計(jì)及工藝人員往往要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析，以制定合理的解決方案，排除鼓動(dòng)。對(duì)裝配應(yīng)力特別大的進(jìn)氣道蒙皮鼓動(dòng)，甚至出現(xiàn)更換整張蒙皮來排除鼓動(dòng)的情況，花費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力。所以，迫切需要探究鼓動(dòng)發(fā)生及轉(zhuǎn)移的機(jī)理，制定合理的解決方案，從根本上遏制鼓動(dòng)的發(fā)生及轉(zhuǎn)移。

1 蒙皮鼓動(dòng)的定義

薄蒙皮結(jié)構(gòu)鉚接完成后，如果用手指輕按蒙皮，會(huì)出現(xiàn)上下顫動(dòng)的現(xiàn)象并伴有響聲，這種現(xiàn)象叫做鼓動(dòng)。蒙皮鼓動(dòng)區(qū)域帶有較大的裝配應(yīng)力，進(jìn)氣道蒙皮鼓動(dòng)一經(jīng)發(fā)現(xiàn)必須排除。蒙皮鼓動(dòng)與蒙皮松動(dòng)不同，如果目視蒙皮凹陷或凸起，用手指輕按蒙皮，出現(xiàn)顫動(dòng)現(xiàn)象但無響聲，這種現(xiàn)象叫做松動(dòng)。因?yàn)殁k金件的制造公差及鉚接時(shí)蒙皮變形等問題的存在，蒙皮松動(dòng)時(shí)有發(fā)生。蒙皮松動(dòng)應(yīng)力較小，可根據(jù)實(shí)際情況決定是否需要進(jìn)一步處理。

2 鼓動(dòng)出現(xiàn)、重現(xiàn)及轉(zhuǎn)移的原因

以蒙皮鼓動(dòng)發(fā)生、重現(xiàn)和轉(zhuǎn)移為頂事件，列出如圖1所示的故障樹，對(duì)編號(hào)的底事件逐一進(jìn)行分析。

2.1 底事件1：來料偏薄

故障蒙皮所使用材料為2A12-δ1.2-GJB 6470?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)故障蒙皮厚度進(jìn)行檢測(cè)，蒙皮厚度在1.1～1.2mm之間，符合GJB6470有關(guān)規(guī)定“材料厚度>1.0～1.2mm時(shí)，厚度允許偏差-0.15mm”。同時(shí)，檢查鼓動(dòng)蒙皮所使用鋁板的材料入廠復(fù)驗(yàn)記錄，材料厚度合格。因此，該底事件排除。

2.2 底事件2：零件超差

現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取3件零件進(jìn)行質(zhì)量復(fù)查。用拉伸成形模（檢驗(yàn)?zāi)＃z查零件貼胎情況，零件貼胎滿足相關(guān)文件要求。同時(shí)，對(duì)拉伸模及樣板進(jìn)行符合性檢查，拉伸模與樣板外形符合，樣板符合設(shè)計(jì)要求。因此，該底事件可以排除。

2.3 底事件3：零件加工固有缺陷

進(jìn)氣道鼓動(dòng)部位蒙皮為雙曲度蒙皮，工藝成形采用蒙皮拉伸成形，拉伸成形模為陽模，拉伸成形方法導(dǎo)致蒙皮比理論型面肥大，檢驗(yàn)時(shí)施加一定的力在一定范圍內(nèi)貼胎為合格。但因蒙皮成形方法存在固有缺陷，在自由狀態(tài)下，蒙皮邊緣與成形模之間的間隙最大達(dá)5mm。因此，該底事件不能排除。

2.4 底事件4：鉚接順序不合理

為防止大而薄的蒙皮鉚接變形，產(chǎn)生松動(dòng)或鼓動(dòng)，鉚接時(shí)一般采用中心鉚接法（見圖2）。

對(duì)進(jìn)氣道裝配指令進(jìn)行檢查，裝配指令中對(duì)鉚接順序有明確規(guī)定，采用的是從前到后依次鉚接法進(jìn)行鉚接（見圖3），對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)氣道蒙皮鉚接進(jìn)行跟蹤檢查，鉚接符合裝配指令要求。

采用從前到后依次鉚接法進(jìn)行鉚接，薄蒙皮因鉚接引起的變形和應(yīng)力會(huì)集中在蒙皮中部靠后區(qū)域，容易引起鼓動(dòng)。因此，該底事件不能排除。

2.5 底事件5：強(qiáng)迫裝配

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)進(jìn)氣道蒙皮鉚接進(jìn)行跟蹤檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蒙皮鉚接進(jìn)行到一定階段時(shí)，薄蒙皮的鉚接變形使得后鉚接區(qū)域的蒙皮與骨架無法貼合，存在強(qiáng)迫裝配情況，當(dāng)裝配應(yīng)力達(dá)到一定級(jí)別時(shí)，鼓動(dòng)出現(xiàn)。因此，該底事件不能排除。

2.6 底事件6：不同工序進(jìn)氣道安裝順序的變化

在進(jìn)氣道裝配過程中，當(dāng)鼓動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，裝配廠會(huì)采取一些措施進(jìn)行排除，如在鼓動(dòng)蒙皮周圍隔框及長(zhǎng)桁下增加墊片，但因此而產(chǎn)生的裝配應(yīng)力并未消除。查看相應(yīng)工藝文件并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)氣道在機(jī)體上的安裝進(jìn)行跟蹤時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)氣道在裝配廠裝機(jī)后交付給總裝廠，總裝廠因?yàn)榘惭b系統(tǒng)管道等原因需將氣道拆下，安裝完系統(tǒng)管道后再重新裝配。此時(shí)，氣道安裝螺栓的裝配順序與裝配廠不同，加之安裝發(fā)動(dòng)機(jī)、外翼等部件，使得進(jìn)氣道載荷變化，導(dǎo)致在自然狀態(tài)（架外裝配）下排除的鼓動(dòng)進(jìn)一步出現(xiàn)，表現(xiàn)為鼓動(dòng)重現(xiàn)或轉(zhuǎn)移。因此，該底事件不能排除。

2.7 底事件7：剛度較弱

受結(jié)構(gòu)形式所限，進(jìn)氣道與機(jī)身連接區(qū)無隔框加強(qiáng)，剛度相對(duì)其他區(qū)域較弱（見圖4），薄蒙皮鉚接的裝配應(yīng)力達(dá)到一定級(jí)別時(shí)，剛度較弱區(qū)域蒙皮最易產(chǎn)生鼓動(dòng)。這與現(xiàn)場(chǎng)情況吻合。因此，該底事件不能排除。

2.8 底事件8：蒙皮尺寸較大

進(jìn)氣道蒙皮分為左右2塊，在進(jìn)氣道軸線位置處對(duì)接，蒙皮尺寸較大，展開尺寸為長(zhǎng)4100mm，寬1250mm，薄蒙皮因鉚接變形而引起的裝配應(yīng)力無法釋放，容易產(chǎn)生鼓動(dòng)。因此，該底事件不能排除。

3 鼓動(dòng)解決方法

根據(jù)以上對(duì)底事件的逐一分析可知，除底事件3因現(xiàn)階段針對(duì)尺寸較大的雙曲度蒙皮只能采用拉伸成形法而無法改進(jìn)外，其余對(duì)鼓動(dòng)的產(chǎn)生有影響的底事件皆可通過制造工藝和設(shè)計(jì)的改進(jìn)來減小或消除其影響。

3.1 工藝方法改進(jìn)

1）調(diào)整鉚接順序（針對(duì)底事件4的改進(jìn)）

調(diào)整蒙皮和隔框的鉚接順序，將原來從前向后依次鉚接法改為中心法鉚接法，即從中間位置的隔框向四周鉚接，減小薄蒙皮鉚接時(shí)的裝配應(yīng)力。

2）蒙皮與隔框間隙控制（針對(duì)底事件5的改進(jìn)）

嚴(yán)格控制蒙皮與隔框間隙。隔框定位后，如蒙皮與隔框的間隙大于0.3mm，在隔框與蒙皮之間按設(shè)計(jì)要求加墊（不大于1mm）以排除間隙。

3）更改螺栓安裝順序（針對(duì)底事件6的改進(jìn)）

裝配廠更改氣道與機(jī)體連接螺栓的安裝順序，使螺栓安裝順序與總裝廠氣道拆卸后重新安裝時(shí)的順序一致，減少氣道因螺栓安裝順序不同帶來的應(yīng)力重新分配問題。

3.2 設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

1）增加局部剛度（針對(duì)底事件7的改進(jìn)）

a. 在剛度薄弱區(qū)域增加角材

在氣道剛度薄弱區(qū)域增加角材，以增加氣道局部區(qū)域剛度，角材在隔框處制造下陷，且按隔框進(jìn)行分段。此方案不用更改現(xiàn)有工裝，不用新制工裝，成本低，周期短，還可以有效增加鼓動(dòng)部位的結(jié)構(gòu)剛度，如圖5所示。

b.在剛度薄弱區(qū)增加整根長(zhǎng)桁

在剛度薄弱區(qū)域增加整根長(zhǎng)桁，長(zhǎng)桁形式為板彎件。隔框角材制造下陷，下陷區(qū)搭在板彎件長(zhǎng)桁上，與內(nèi)蒙皮鉚接。如圖6所示。此方案可增加鼓動(dòng)區(qū)域局部剛度。但長(zhǎng)桁板彎件的制造需新制工裝，周期長(zhǎng)，成本高。

c.在剛度薄弱區(qū)域增加墊板

在氣道剛度薄弱區(qū)域的平直段增加δ0.8mm的墊板，以提升此段蒙皮剛度。增加墊板后，蒙皮剛度變化不大，且原隔板角材外形變化需新制工裝，周期長(zhǎng)，成本高。

綜上所述，最終選擇在剛度薄弱區(qū)增加角材的方法來增加鼓動(dòng)區(qū)域的局部剛度，抑制鼓動(dòng)的產(chǎn)生。

2）蒙皮分塊（針對(duì)底事件8的改進(jìn)）

增加蒙皮分塊，若工藝方法得當(dāng)，可釋放部分蒙皮鉚接變形產(chǎn)生的裝配應(yīng)力，對(duì)抑制鼓動(dòng)的產(chǎn)生有一定作用。但進(jìn)氣道蒙皮對(duì)縫間隙要求小于0.5mm，原裝配工藝采用修蒙皮、蒙皮對(duì)接、蒙皮與隔框連接的裝配順序，保證了間隙要求。因此，蒙皮分塊對(duì)抑制鼓動(dòng)的產(chǎn)生不起作用。

3.3 完成裝配的進(jìn)氣道鼓動(dòng)處理方案

鼓動(dòng)高度在3mm以下時(shí)，增加鼓動(dòng)條。鼓動(dòng)條不能按傳統(tǒng)方式直接進(jìn)行鉚接，必須按鼓動(dòng)外形修形，以避免重新產(chǎn)生裝配應(yīng)力及鼓動(dòng)竄位。同時(shí)，鼓動(dòng)條增加了鼓動(dòng)區(qū)域的剛度，避免此處出現(xiàn)因鼓動(dòng)引起的蒙皮高頻振動(dòng)而對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生不利影響。

鼓動(dòng)高度大于3mm時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)蒙皮進(jìn)行挖補(bǔ)或更換處理。

4 驗(yàn)證

5目前，已在多架飛機(jī)上完成了以上設(shè)計(jì)及工藝的更改和驗(yàn)證工作，這些飛機(jī)在進(jìn)氣道裝配、總裝拆裝進(jìn)氣道過程中未再出現(xiàn)進(jìn)氣道蒙皮鼓動(dòng)現(xiàn)象。正式裝機(jī)后，進(jìn)氣道蒙皮至今未出現(xiàn)鼓動(dòng)現(xiàn)象。

改進(jìn)工藝方法、在進(jìn)氣道剛度薄弱區(qū)分段增加型材等措施的實(shí)施，可有效遏制進(jìn)氣道蒙皮鼓動(dòng)的發(fā)生，降低維修成本，保證飛行安全。

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