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飞机铝合金结构的修理方法和应用

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2017-02-03 航佳技术


主要内容:据统计,铝和铝合金要占一架飞机总重量的70%,而飞机的结构件大部分是由铝合金材料构成。飞机的机体结构通常是由蒙皮和骨架等组成。

蒙皮用来构成机翼尾、翼和机身的外形,承受局部空气动力载荷,以及参与抵抗机翼尾翼、机身、的歪曲变形和扭转变形。

骨架包括总想构件和横向构件。纵向构件主要由梁和桁条组成,其作用主要是承受机翼、尾翼、机身弯曲时所产生的拉力和压力;横向构件包括翼肋隔、框等,主要用来保持机翼、尾翼和机身的截面形状,并承受局部的空气动力。有些加强框、肋还要承受集中载荷。

目前,飞机结构的材料中铝合金仍然占了很大比重,而铝合金结构的连接方式仍以铆接为主。因此,飞机结构修理的主要手段仍然是铆接。


飞机铝合金蒙皮的修理:

蒙皮用来构成机翼、尾翼和机身的外形,承受局部空气动力载荷,以及参与抵抗机翼、尾翼、机身的弯曲变形和扭转变形。飞机上使用的铝合金蒙皮主要由单板蒙皮和整体壁板两种类型。


1. 蒙皮轻微损伤的处理

蒙皮轻微损伤,是指蒙皮某些部位产生轻微的鼓动压坑或划伤等。


2.蒙皮鼓动的修理

蒙皮产生鼓动,说明该处蒙皮的刚度不足,因此要采用整形加强的方法处理;如果鼓动严重,用加强方法不能排除时,可采用挖补或更换蒙皮的方法修理。加强型材(或盒型材)的方向应垂直或平行于桁条,并至少与相邻的构件搭接一端, 根据蒙皮的形状和搭接形式将加强型材制出相应的下陷或弧度。

3.蒙皮压坑的修理

蒙皮上的压坑,主要是破坏了蒙皮的光滑表面。如果压坑微小,分布分散、且未破坏内部结构,则不必修理。如果压坑较浅,范围较大,用无锐角且表面光滑的榔头和木顶块修整。压坑较深,范围较小,不易整平时,可在压坑处钻直径为45mm孔,用适当的钢条打成钩形,拉起修平, 然后用螺纹空心铆钉堵孔。也可用螺栓(直径范围是58mm),要求双面操作。


有的突变小压坑,若不能钻孔整形,可将压坑处打磨光滑,用酒精和丙酮清洗后,用掺有铝粉的环氧树脂或硝基填平压坑,等干燥后修平并喷涂铝粉漆。压坑较深,范围较大时,可在压坑处开直径为1016mm的施工孔,用钩子钩住,锤击蒙皮四周使其恢复平整。然后安装堵盖铆钉堵孔。

还有的突变小压坑,若不能钻孔整形,可将压坑处打磨光滑,用酒精和丙酮清洗后,用掺有铝粉的环氧树脂或硝基填平压坑,等干燥后修平并喷涂铝粉漆。


4.蒙皮划伤的修理

飞机蒙皮上出现划伤后,如果划伤深度较浅,未超过规定划伤深度时,则划伤允许存在,不做修理。各型飞机对不同部位不同厚度蒙皮的允许划伤深度都做出了相应的规定。如果蒙皮的划伤深度超过其规定值,应用砂布将划伤部位打磨成圆滑过渡,避免应力集中。打磨后喷涂铝粉漆,填平损伤部位后喷涂铝粉漆。如果划伤过深,除打磨喷涂外,还要在其内部卯上一块加强片。


5.蒙皮裂纹的修理

蒙皮上的裂纹,降低了蒙皮的强度,而且在受力过程中,裂纹还会因应力集中的缘故,继续扩展。修理时,应根据裂纹的长短深浅程度和所在位置等情况采用不同的修理方法。


6.钻止裂孔

蒙皮上的裂纹较短时(一般小于5mm),可采用钻止裂孔(直径通常为1.52mm)的方法止裂。钻止裂孔时,止裂孔的位置非常重要。为了准确地确定止裂孔的位置,钻孔前,最好借助放大镜观察,确定裂纹借端的位置。

7. 铆接加强

蒙皮上的裂纹较长时,除钻止裂孔外,还需在裂纹部位的内部铆补一块与蒙皮材料相同、厚度相等的加强片。


整体壁板的铆接加强 由于厚度较大,止裂孔的直径加大到35mm,裂纹修整到槽宽12mm,并沿裂纹外形制出不小于0.2×45°的倒角。w Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>的施工孔,用钩子钩住,锤击蒙皮四周使其恢复平整。然后安装堵盖铆钉堵孔。


8.蒙皮破孔的修理

蒙皮上的破孔,如果直径较小,对蒙皮强度影响较小,可采用无强度修理。所谓无强度修理就是不考虑强度,只恢复表面气动性能的的修理方法。

9.破孔的一般修理方案

此类破孔的修理通常采用托底平补法,此法首先是将损伤部位切割整齐,然后用补片填补切割孔,用村片托底,通过衬片将补片和蒙皮连成一体。

托底平补法的步骤为:(1)确定切割范围(2)切割损伤部位(3)制造补片和衬片(4)钻孔铆接

11.跨构架蒙皮破孔的修理

当蒙皮上的破孔跨越构架时,应根据构架的损坏情况,采用不同的修理方法。如果构架没有损坏,可将衬片做成2块,其中一块衬片应搭在构架的弯边上。如果构架和蒙皮同时损坏,衬片最好做成一整块,先将它与蒙皮铆接,再接补损伤的构架,最后铆接补片。此外,也可以先接补损伤构架。

12.不易施工处蒙皮破孔的修理

飞机上有的部位,如后机身,可以从蒙皮的内部接近损伤处,故放置衬片和进行铆接,都比较容易。 但飞机上也有些部位,如机翼、尾翼、进气道等处,不易从蒙皮的内部接近损伤处,故放置衬片和铆接存在困难。

为了克服困难,有下列方法可行(1)充分利用切割孔进行施工(2)利用舱口盖或施工孔进行施工(3)临时拆卸蒙皮进行施工(4)采用盖板法修理

13.双层蒙皮破孔的修理

飞机上的双层蒙皮,其结构形式主要有:一是内外蒙皮之间铆有框架;二是内外蒙皮之间铆有较厚的垫条;三是内外蒙皮重叠和构架铆接在一起。因此双层蒙皮在产生破孔后,应根据双层蒙皮的结构形式采用不同的修理方法。


内部有构架的双层蒙皮破孔的修理是采用先修外蒙皮后修内蒙皮的方法。


内部有垫条的双层蒙皮破孔德修理是将衬片插入内外蒙皮之间,用埋头铆钉将衬片与内外蒙皮铆接为一体,将两块补片分别安装在内外蒙皮的切口上,用埋头铆钉与衬片铆接。


相互重叠的双层蒙皮破孔的修理是将内蒙皮上的孔开的小一些,外蒙皮上的孔开的大一些,把内蒙皮当做衬片,将补片直接铆接在内蒙皮上。


14.更换蒙皮的方法

施工步骤:切割损伤蒙皮,制作与铆接衬片,配制新蒙皮,安装定位和对缝,铆接新蒙皮。


具体步骤:

1 切割损伤蒙皮

注意事项:切割线与构架平行,在转角处要挫修成圆角,防止应力集中;为增加接缝处的稳定性,切割线要靠近构架,但切割线必须和构架保持一定距离(一般为4050mm),以便铆接衬片。当损伤靠近蒙皮原有的接缝时,应用原接缝进行接补。切割线应尽可能避开铆钉。切割下的旧蒙皮,不要随便剪开或损毁,以便作为制作新蒙皮和新蒙皮钻制铆孔的参考。损伤蒙皮切割后,钻去所有与骨架相连的铆钉,便可将其拆除。


2 制作与铆接衬片

衬片的两种形式:

1)衬片是一个整条时:桁条、肋框需要制作下陷,使桁条、肋框和蒙皮之间有一个间隙,以便衬片从间隙中顺利通过。特点:蒙皮接缝处的稳定性较好,但施工较困难,多用于受力较大的部位。

2)衬片分段时:衬片应作下陷或弯边,以便和构架铆接为一整体。特点:施工较容易,但接缝处的稳定性较差,多用于受力较小的部位。


3 配制新蒙皮并安装定位与对缝

新蒙皮的要求:与原蒙皮的材料、厚度相同。

配制方法:① 按切割下来的旧蒙皮进行划线,每边应留出一定的加工余量。② 采用测量方法配制等。

新蒙皮的定位方法:① 划线法;② 钻制定位孔法。


4 铆接新蒙皮

新蒙皮与衬片铆接:由于衬片上没有铆钉孔,可同时钻出。 新蒙皮与构架铆接:由于构架原来已有铆孔,新蒙皮上的铆孔必须和构架上的铆孔一致。

如果蒙皮的损伤部位在飞机容易施工的地方,可将新蒙皮固定于损伤处,根据构架铆孔从内向外钻出来确定。如果蒙皮的损伤部位在飞机较难施工的地方,根据蒙皮损伤的程度分别确定:当旧蒙皮损坏不严重时,经整形后,旧蒙皮的铆孔位置没有变化,可按旧蒙皮的铆孔来确定。


当旧蒙皮损坏严重时:

用划线的方法确定铆孔的位置。

用定位钉或定位工具确定铆孔的位置。

将定位钉置于构架铆孔中,装上新蒙皮,并轻轻锤击,使定位钉在新蒙皮上冲出铆孔的位置。


对于单曲度的蒙皮:先铆弯曲中心线附近的一列铆钉,再依次铆向蒙皮的一端。然后,再从中心线开始依次铆向另一端。


对于双曲度的蒙皮:先从蒙皮的中央开始,逐渐铆向蒙皮的四周。在铆接每个区域时,应按对称顺序进行。


二 飞机铝合金梁和长桁的修理

飞机上的梁有翼梁和机身大梁,翼梁通常由缘条和腹板组成。翼梁缘条和机身大梁、桁条大多是用型材制成的,他们主要承受拉力或压力:翼梁腹板则有薄板制成,主要承受剪力。


1.梁缘条和长桁的修理

损伤类型:缺口、裂纹、断裂等。

缺口的修理:宽度较窄的缺口(一般小于5mm):(沿构件的截面方向测量),只需将缺口锉修成光滑的弧形,用砂纸打光后涂上底漆即可。

宽度较宽的缺口:(沿构件的截面方向测量)需把缺口切割整齐,用填片填上缺口,并铆上加强片。


裂纹的修理:根据裂纹的长短(沿构件截面的方向)采用不同的修理方法。 裂纹长度较小(不大于2mm)时:采用错修法。

裂纹长度大于2mm,小于构件一边宽度的2/3时:在裂纹的末端钻φ2~2.5mm的止裂孔后,用加强片加强。

裂纹长度大于构件一边宽度的2/3时:在裂纹的末端钻φ2~2.5mm的止裂孔后,用与构件相同的型材进行加强。


断裂的修理:

如便于整根取下:采用更换的方法修理,即取下断裂构件,用材料相同、规格相等的型材,制作新构件,按原孔铆接。 如不便于整根取下:则接补(型材)修理。


接补型材的安装方法:

外侧接补:接补型材安装在构件的外侧。

内侧接补:接补型材安装在构件的外侧。

两侧接补: 接补型材安装在构 件的两侧。

内侧和两侧接补,应将接补型材外棱角倒角,以保证接补型材与构件贴合紧密。

两侧接补,要使两根接补的型材的端面彼此错开。外侧接补其接补型材的截面重心和构件的截面重心的距离较大,引起受力的变化。

2.梁腹板的修理

腹板由薄板制成,通常用螺栓或铆钉与缘条连接,承受剪力。腹板可能产生的典型损伤为破孔、裂纹等。修理时,必须根据腹板损伤的轻重程度,损伤的具体部位,采用不同的修理方法。


3.腹板裂纹的修理:裂纹通常出现在工艺孔或紧固件孔边。修理时:在裂纹端头钻止裂孔,用与腹板同材料同厚度的板材加强。

腹板破孔的修理:将腹板上的破孔锉修成光滑的圆孔或椭圆孔。锉修后,在孔的四周涂上油漆防腐。


(1)锉修法

特点:不能恢复腹板损失的强度

注意事项:只适应修理直径较小的破孔(φ<40mm)。锉修的孔的边缘与其他孔边缘的距离不宜过小(≥40mm)。锉修的孔的边缘与腹板缘条的距离不宜过小(≥40mm)。


(2)盖板补法

将腹板上破孔切割、锉修成规则形状后,铆上一块与腹板材料相同、厚度相等的盖板,以弥补腹板损失处的强度。

当破孔靠近一侧缘条时:钻去腹板损伤处与缘条连接的铆钉,将盖板、腹板和缘条三者一起铆接。

当破孔直径较大时:上下两端与缘条连接,中部与腹板铆接,以增加修理部位的稳定性。

腹板切割修理:

腹板上密集的破孔或裂纹时,则需要更换一段新腹板。

步骤:全部切割腹板的损伤部分。制作一段新腹板(与腹板材料相同、厚度相等的板材)。将新腹板填入切割口,代替已切除的腹板。在接缝处铆接X形连接片,使新腹板与原腹板连接成一体。

隔框和翼肋主要用来维持机身、机翼和尾翼的截面形状,承受和传递局部空气动力载荷或集中载荷。


典型损伤:范围较小的变形、裂纹或破孔,夜可能产生范围较大的损伤。

修理的要求:恢复损伤框、肋的外形和强度。 肋、框小范围损伤时的修理:


内容:变形的修理、裂纹的修理、破孔的修理断裂的修理。


变形的修理:框、肋的变形多出现在框、肋的腹板上,可采用整形的方法恢复平整。如果整形后仍有鼓动,可在变形部位铆接加强片或型材,以提高框、肋的稳定性。


隔框的受力:作用于隔框的压力通常沿隔框的径向。翼肋的受力:作用于翼肋腹板上的剪力通常沿翼肋的高度方向。加强片的安装方向:材料、厚度与框肋相同,尺寸稍大于变形部位,每排能铆2排以上的铆钉。型材的安装方向:应安装在隔框的径向,翼肋高度的方向。 裂纹的修理: 框、肋上的裂纹长度<5mm时:对框、肋的强度削弱不多,修理时可在裂纹端头钻直径1.5~2mm止裂孔后使用。


对于在减轻孔、槽口等原切口边缘处出现的 不大于5mm的裂纹,可将裂纹锉修圆滑,不必加强。 当框、肋上的裂纹长度>5mm,但未超过框、肋截面高度的1/3时:修理方法:裂纹末端钻止裂孔。铆一块与框、肋材料相同、厚度相等的加强片。加强片的尺寸:保证裂纹每边铆13排铆钉即可。加强片的形状:根据裂纹部位的形状确定。

当框、肋上的裂纹长度超过框、肋截面高度的1/3时,使框、肋的强度降低很多,应按框肋的断裂方法修理。


破孔的修理:框、肋上产生破孔后,必须根据破孔在框、肋的不同位置,采用不同的方法。破孔在框、肋腹板的中部,只需将损伤部位锉修整齐,沿破孔四周用两排铆钉卯上补片。当破孔损伤扩大到弯边或靠近弯边时,将损伤区切割整齐,并制圆角,根据切割部分的形状和大小,用与框和肋同材料同厚度的板材制作一块带弯边的补片和一块连接片, 与损伤框、肋铆成一体。


断裂的修理:隔框、翼肋断裂后,强度降低较多, 需要进行接补修理。隔框断裂时,补片的材料和 厚度与原隔框相同;补片的形状为X形;补片的长 度视隔框的厚度而定。对于厚度在1.2mm以下的 隔框,补片的长度不小于100mm,并用直径为3.5 的铆钉铆接;对于厚度等于或大于1.2mm的隔框 ,补片的长度不小于160mm,用直径为4mm的 铆钉铆接。

肋、框大范围损伤时的修理: 肋、框损伤范围较大时,需要更换损伤部分,以恢复框、肋的外形和强度。更换时通常分四个施工阶段,即切割与拆卸框、肋的损伤部分,配制一段新的框、肋,确定新框、肋的安装位置和进行铆接。

切割与拆卸损伤部分:切割与拆卸框、肋的损伤部分,需要注意一下三点;

(1)要尽可能的缩小切割与拆卸的范围

(2)要便于安装

(3)防止结构变形

配制新框、肋:新框、肋一般应通过航材部 门按照构件在飞机图上的图号 领取或筹措。如无法领取或筹措, 可按照损伤框、肋的式样制 作新框、肋。配制应该注意以下3个问题:


(1)一般要求新制框、肋材料应与损伤框、肋材料相同、厚度相等,根据需要也可将材料厚度相应增加。


(2)制作新框、肋前,需要检查损伤框、肋铆钉孔处的边距是否足够,边距不够的地方,在制作新框、肋时应放出余量,保证新框、肋在铆接时有足够的边框。


(3)制作新框、肋,要求外形准确。

确定新框、肋的安装位置:新框、肋的安装位置的确定包括以下内容:

1 新框、肋的定位


2 新框、肋定位的集中方法

(1)用为损伤的构件来定位

(2)用测量的方法来定位

(3)用横向样板来定位

(4)用纵向样板来定位


3 接头在隔框上的定位

新框、肋的铆接:铆接新框铆接前必须试安装修理部位有关机件,以校正定位工序的准确性。铆接新框、肋时有两个要求:一要保证铆接强度,二要防止铆接变形。


为了防止铆接变形,铆接前需要用施工螺钉或定位销将隔框、肋临时固定;铆接时应正确选用铆接工具,尽量采用直接铆接法,并按对称的顺序进行铆接。

对断裂修理图片的说明: 中间的悬挂支臂是沿整 个翼弦的工字形截面 整体梁。


通常对断裂的修理是采用接补修理的方法,接补方法的要求是:在恢复构件抗拉和抗压强度的前提下,尽可能的减轻构件的重量,并力求施工方便。接补修理的工艺过程,主要包括构件损伤部位的切割,接补型材的选择以及接补型材的铆接。


(1)损伤部位的切割

切割损伤的构件的时,切割应超出损伤范围5mm,并且切割应与构件垂直;切割后,用锉刀锉平切割缝,并涂刷防锈底漆;若结构中有几根构件同时断裂,需要事先用托架将损伤部件托住,在进行切割。


(2)接补型材的选择

接补型材通常选择与构件材料相同、截面积相等的型材.


(3)接补型材的安装

安装方法有3种:

接补型材安装在构件的外侧

接补型材安装在构件的外侧。

接补型材安装在构件的两侧。内侧和两侧接补,应将接补型材外棱角倒角,以保证接补型材与构件贴合紧


(4)钻孔铆接

为了保证梁缘条和长桁修理后具有应有的强度,一般规定,由于钻孔使构件强度消弱的程度,不得超过构件原来的8%~10%。


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