民用飛機(jī)已有修理的評(píng)估與處理

劉慧田

摘要：本文總結(jié)了民用飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)常見修理方式，加強(qiáng)片修理的材料和緊固件選用的一般原則，在此基礎(chǔ)上提出了對(duì)民用飛機(jī)金屬蒙皮及金屬結(jié)構(gòu)已有修理（Existing Repair）的一般評(píng)估方法，包括對(duì)損傷修理形式、緊固件件號(hào)、切割區(qū)域尺寸、修補(bǔ)材料厚度等的合格判斷原則，并舉例說明了對(duì)不合格修理進(jìn)行再次修理的一般方式，這對(duì)確保飛機(jī)的長(zhǎng)期安全飛行有著極其重要的作用。

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)已有修理評(píng)估

金屬機(jī)身的民用飛機(jī)在運(yùn)營一段時(shí)間后，機(jī)身蒙皮和結(jié)構(gòu)不可避免地會(huì)出現(xiàn)各式各樣的損傷，需要針對(duì)性地進(jìn)行修理。

由于方方面面的原因，實(shí)際的修理結(jié)果與維修方案之間有時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏差，或者有些維修根本就沒按批準(zhǔn)的方案進(jìn)行，甚至有的維修方案根本就未經(jīng)過審批。這些不合格的維修對(duì)飛機(jī)的正常運(yùn)營造成了極大的安全隱患。隨著飛機(jī)機(jī)齡的增加，已有修理的數(shù)量也逐漸增多，為保證飛機(jī)飛行安全，每隔一段時(shí)間對(duì)飛機(jī)所有已有修理進(jìn)行一次全面的評(píng)估很有必要[1]。

本文的目的就是研究一種比較有效的已有修理評(píng)估方法。

1 結(jié)構(gòu)修理中的加強(qiáng)片修理方法

要對(duì)民用飛機(jī)金屬蒙皮及金屬結(jié)構(gòu)已有修理進(jìn)行評(píng)估，首先要熟悉飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的修理方法。整件更換和鉆止裂孔等結(jié)構(gòu)修理方法較為簡(jiǎn)單，這里只以常見的蒙皮單塊加強(qiáng)片修理對(duì)結(jié)構(gòu)修理做簡(jiǎn)單介紹。

1.1修理形式的確定

修理形式應(yīng)首先參考批準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)，對(duì)手冊(cè)中未給出具體方案的修理，修理形式應(yīng)參考手冊(cè)中近似損傷的修理方案來確定。

1.2加強(qiáng)片材料及厚度的確定

加強(qiáng)片材料一般要求與被修理蒙皮相同或相近，厚度比被修理蒙皮厚一個(gè)級(jí)別。

1.3緊固件件號(hào)的確定

做修理時(shí)所用的緊固件一般選用損傷區(qū)域已有的永久性緊固件相近型號(hào)或高鎖螺栓，直徑一般選用與蒙皮上已有的緊固件相同或更大一號(hào)的尺寸[2]。

1.4緊固件數(shù)量的確定

緊固件件號(hào)確定后，再計(jì)算所需的緊固件數(shù)量。一般要求加強(qiáng)片在切除部分之外至少要有2排緊固件。

要確定緊固件數(shù)量，先要確定緊固件處失效形式。

根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)可以知道，緊固件處有4種失效形式[2] （參見圖1）：

第一，緊固件被剪斷。

第二，孔壁與緊固件接觸面處在擠壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形。

第三，蒙皮在緊固件處沿2-2平面被拉斷。

第四，蒙皮在緊固件處沿3-3平面被撕裂。

其中，第三種情況，在加強(qiáng)片厚度及緊固件孔距符合要求時(shí)可不考慮;第四種情況在緊固件邊距大于2D時(shí)可避免。因此，只需考慮第一第二種情況。

分別計(jì)算2種情況時(shí)的材料強(qiáng)度，取二者中的小值來計(jì)算緊固件數(shù)量。以圖2為例。

該金屬蒙皮材料為2024-T351，厚度為0.063”，它被切除了寬2”、高1”的一塊區(qū)域，需采用加強(qiáng)片進(jìn)行修理。

這里采用材料相同，厚度為0.071”的鋁合金板材制作加強(qiáng)片。緊固件選用MS20470AD5實(shí)心鉚釘。

計(jì)算得出被切割蒙皮原先能承受的最大拉力為7938 lbs。MS20470AD5鉚釘能承受的最大剪力為498 lbs，蒙皮能承受的最大擠壓力為1152 lbs，取二者中的小值，即為498 lbs。乘以1.15的安全系數(shù)，計(jì)算得出所需緊固件數(shù)量為19顆[3]。

1.5加強(qiáng)片大小的確定

按照4D到6D的孔距排列鉚釘，如鉚釘不足2排，則需補(bǔ)齊。最后加上至少2D的邊距，就能得出加強(qiáng)片的大小。

飛機(jī)上常見的結(jié)構(gòu)，如T字、C字、工字、Z字、帽形結(jié)構(gòu)等，都可以視為幾個(gè)平面板材組合而成，對(duì)這些結(jié)構(gòu)的受力可分解成幾個(gè)平面，同樣采用上述方法分別分析。

2 已有修理的評(píng)估及處理

2.1確定已有修理的方法

要對(duì)飛機(jī)已有修理進(jìn)行評(píng)估，首先要確定飛機(jī)上哪些部位存在已有修理，目前一般采用以下兩種方法。

2.1.1一般目視檢查

通過目視檢查來確定飛機(jī)存在的已有結(jié)構(gòu)修理。目視檢查的方法簡(jiǎn)單、直觀，但容易遺漏一些比較隱蔽的修理。

2.1.2查詢維修記錄

維修記錄是確定已有修理的最可靠的依據(jù)，但是維修記錄不一定齊全，依靠維修記錄也可能會(huì)遺漏部分已有的修理。

實(shí)際工作中要求同時(shí)采用上述兩種方法來共同確定一架飛機(jī)已有修理的數(shù)量。

2.2已有修理的符合性評(píng)估方法

判斷一個(gè)已有修理是否符合要求，首先要分析一個(gè)修理的關(guān)鍵要素，然后盡可能地將這些要素與修理方案一一進(jìn)行對(duì)比，任一要素不符合，該修理即為不合格。

一般來說，民用飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)修理的要素主要包括修理形式、修理件材料、修理件厚度、緊固件件號(hào)、緊固件孔距、緊固件邊距、切割區(qū)域尺寸、圓角半徑等。

2.2.1修理形式評(píng)估方法

修理形式評(píng)估，即將實(shí)際修理與方案進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估修理的整體外觀與手冊(cè)等批準(zhǔn)的方案是否相符。這種評(píng)估需對(duì)手冊(cè)十分熟悉，并且了解該機(jī)所有超手冊(cè)的修理方案[4]。

2.2.2緊固件件號(hào)的確定方法

已經(jīng)安裝好的永久性緊固件，一般很難判斷其準(zhǔn)確件號(hào)，但可以檢查該緊固件頭部尺寸及標(biāo)志與方案中給出的緊固件是否相符，來大致判斷該緊固件件號(hào)是否正確。

2.2.3孔距、邊距、圓角半徑的確定方法

切割區(qū)域的圓角半徑可用半徑規(guī)直接測(cè)量，鋁合金材料一般要求圓角半徑不小于0.5in。不同的緊固件，對(duì)緊固件的孔距和邊距都有相應(yīng)的要求。比如鋁合金材料一般要求緊固件孔距為4D至6D，邊距為2D，根據(jù)方案中的緊固件件號(hào)，計(jì)算出合格的孔距和邊距，與實(shí)際修理進(jìn)行對(duì)比，就可以判斷孔距和邊距是否合格。9A6913FA-FC8B-4A2A-B846-84731FD4E6E4

2.2.4修理件厚度的確定方法

對(duì)于已經(jīng)安裝在飛機(jī)上的修理件，一般無法使用卡尺、螺旋測(cè)微計(jì)等常規(guī)方法對(duì)其尺寸進(jìn)行精確測(cè)量。

已經(jīng)安裝完成的加強(qiáng)片，若未確定該修理為不合格，但又不可能去進(jìn)行拆除或破壞以便進(jìn)行厚度測(cè)量，則必須在不對(duì)加強(qiáng)片造成任何損傷的情況下進(jìn)行厚度測(cè)量，因此要采用無損檢測(cè)方法。

檢查材料厚度一般使用渦流檢測(cè)和超聲波檢測(cè)。其中，渦流檢測(cè)只適用于導(dǎo)電材料，而且受干擾影響的因素較多。而超聲波檢測(cè)靈敏度高，能準(zhǔn)確確定缺陷的位置、形狀，易于檢測(cè)，儀器便于攜帶，對(duì)操作人員沒有傷害。因此，推薦使用超聲波方法對(duì)修理件進(jìn)行原位厚度測(cè)量。

2.2.5切割區(qū)域尺寸的測(cè)量方法

如果損傷區(qū)域能夠接近，則使用常規(guī)測(cè)量方法可測(cè)量其大小。對(duì)損傷區(qū)域無法接近的修理，比如內(nèi)、外都有加強(qiáng)片，或外部有加強(qiáng)片，內(nèi)部為密閉空間的修理，確定切割區(qū)域尺寸的方法太過復(fù)雜，一般不進(jìn)行測(cè)量。

2.2.6修理件材料的確定方法

隨便一塊金屬結(jié)構(gòu)件，在沒有任何記錄的情況下要判斷它的材料，一般來說是根本不可能的。但民航業(yè)采用的金屬材料范圍一般相對(duì)固定，這些材料的各種性能都已經(jīng)有了公開的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般只要對(duì)該材料進(jìn)行硬度測(cè)試和導(dǎo)電性測(cè)試，兩者綜合對(duì)比，就可確定該材料的牌號(hào)。但這兩種測(cè)試都需離位進(jìn)行，而且硬度測(cè)試是一種破壞性的檢測(cè)方法，無法應(yīng)用于已安裝的修理件[5]。實(shí)際評(píng)估時(shí)一般不對(duì)修理件的材料進(jìn)行評(píng)估。

2.3不合格修理的處理

對(duì)不合格的修理，除非能夠在原位通過局部處理就能符合修理方案要求外，否則需要拆除重做。重做時(shí)除要遵循一般修理的要求外，還應(yīng)盡量減少對(duì)飛機(jī)原有結(jié)構(gòu)的改變。

3 已有修理的評(píng)估及處理實(shí)例

圖3為一個(gè)飛機(jī)貨艙門框處蒙皮的已有修理。

查閱飛機(jī)圖紙之后確定該處蒙皮件號(hào)為AGA7381-1，厚度為0.068in，材料為2024-T3 CLAD。其上面安裝了2層加強(qiáng)片DOUBLER 2和DOUBLER 3，超聲波檢測(cè)得到DOUBLER 2的厚度為0.110in，DOUBLER 2的厚度為0.125in。

查詢手冊(cè)，確定了其修理參考的參考章節(jié)。但2個(gè)加強(qiáng)片的厚度都不滿足相應(yīng)要求，且該偏離沒有批準(zhǔn)記錄，因此判定該修理不合格[6]。

拆除2個(gè)加強(qiáng)片后（見圖4），發(fā)現(xiàn)切割區(qū)域的半徑小于手冊(cè)要求的最小半徑1.0in要求。按手冊(cè)要求的最小1.0in半徑重新切割，按手冊(cè)要求重新制作加強(qiáng)片，最終完成的修理如圖5所示。

4結(jié)語

民航史上因修理不合格導(dǎo)致的空難事故發(fā)生過多起，例如被稱為史上最慘空難的日航747空難，就是因?yàn)樵摍C(jī)實(shí)際修理時(shí)少裝了一排鉚釘。如果能及時(shí)對(duì)該修理進(jìn)行評(píng)估，此次事故或許就能避免。本文介紹了民用飛機(jī)金屬蒙皮及金屬結(jié)構(gòu)已有修理的一般評(píng)估和處理方法，希望能為行業(yè)內(nèi)此類工作提供參考。

參考文獻(xiàn)

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[4]沈新剛，田林，呂鎮(zhèn)邦.民用飛機(jī)機(jī)載維護(hù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析[J].航空科學(xué)技術(shù)，2020，31（9）：24-29.

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[6]馮蘊(yùn)雯，嚴(yán)浩，路成，等.基于B/S的民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理方案平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].航空工程進(jìn)展，2021，12（6）：117-126.9A6913FA-FC8B-4A2A-B846-84731FD4E6E4