飛機(jī)結(jié)構(gòu)概述

飛機(jī)結(jié)構(gòu)概述結(jié)構(gòu)修理

金屬結(jié)構(gòu)的高級(jí)修理

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理金屬結(jié)構(gòu)的高級(jí)修理

設(shè)計(jì)

負(fù)載

材料

緊固件

接頭

耐久性修理方案

設(shè)計(jì)—設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)飛機(jī)的基本原則就是用最好的材料、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)造出高品質(zhì)的飛機(jī)。因此飛機(jī)設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)飛機(jī)的目標(biāo)是：—安全—長(zhǎng)的使用壽命—最小的重量—易于維護(hù)飛機(jī)設(shè)計(jì)者的主要也是最重要的工作就是使飛機(jī)擁有最小的重量，最大的安全。安全飛機(jī)在它的整個(gè)使用時(shí)間內(nèi)要承受各種負(fù)載，負(fù)載嚴(yán)重影響飛機(jī)安全，因此在設(shè)計(jì)時(shí)首先考慮。飛機(jī)承受的負(fù)載分為：a.地面負(fù)載b.飛行負(fù)載c.不確定損傷d.沖擊損傷。長(zhǎng)的使用壽命飛機(jī)被設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)使用壽命是20年，飛機(jī)的使用壽命是維護(hù)和操作過(guò)程的復(fù)合結(jié)果。最小的重量為使飛機(jī)擁有很好的經(jīng)濟(jì)性，必須使飛機(jī)有最小的重量。飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量相當(dāng)可觀，大約占空載重量的60%，設(shè)計(jì)者采用高強(qiáng)度的材料來(lái)降低結(jié)構(gòu)重量，并使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足：a.靜強(qiáng)度的要求b.疲勞強(qiáng)度的要求c.損傷容限的要求d.抗腐蝕的要求。易于維護(hù)飛機(jī)的利用率指飛機(jī)每天在空中的時(shí)間，利用率是飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性的重要因素，而提高飛機(jī)利用率的關(guān)鍵就是維護(hù)。飛機(jī)易于維護(hù)應(yīng)考慮的因素有：a.服務(wù)b.部件接近c(diǎn).適于維護(hù)d.維護(hù)成本e.檢查f.修理。設(shè)計(jì)—設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)飛機(jī)的最主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)就是美國(guó)政府頒布的FAR第25部，這是制造商必須遵守的文件。其它還要考慮外國(guó)飛機(jī)制造管理部門(mén)的要求，航空公司的要求，波音/空客的要求。負(fù)載

飛機(jī)主要受到的兩種外部負(fù)載是飛行負(fù)載和地面負(fù)載，可以用負(fù)載因數(shù)來(lái)表示這兩種負(fù)載的作用。無(wú)量綱負(fù)載因數(shù)是慣性加速度因數(shù)，表示飛機(jī)加速度與重力加速度的比例關(guān)系，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析中起重要作用。負(fù)載因數(shù)（N）=飛機(jī)加速度（a）/重力加速度（g）+1飛行負(fù)載分機(jī)動(dòng)負(fù)載和突風(fēng)負(fù)載；地面負(fù)載分著陸負(fù)載，運(yùn)載和地面支撐負(fù)載。負(fù)載—外部負(fù)載

飛機(jī)的外部負(fù)載確定后，工程師通過(guò)飛機(jī)負(fù)載圖設(shè)計(jì)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)。飛機(jī)結(jié)構(gòu)受到軸向負(fù)載、剪切負(fù)載、彎距。機(jī)身結(jié)構(gòu)、地板梁、機(jī)翼梁、機(jī)翼和機(jī)身蒙皮承受飛機(jī)所受到的各種負(fù)載，因此為保證安全，在飛機(jī)設(shè)計(jì)和修理時(shí)必須詳細(xì)計(jì)算結(jié)構(gòu)部件所受到的力。負(fù)載—典型結(jié)構(gòu)飛機(jī)結(jié)構(gòu)被分為四個(gè)基本的組成部分：機(jī)翼、機(jī)身、尾翼、起落架。材料鋁合金的應(yīng)用

鈦合金的應(yīng)用

鋼應(yīng)用

材料—鋁合金的應(yīng)用

鋁合金大約占飛機(jī)基本結(jié)構(gòu)重量的80%。鋁合金同鋼和鈦合金相比具有易于加工和成型的特點(diǎn)，但被應(yīng)用到飛機(jī)上需要進(jìn)行防腐處理，a.阿洛酊或進(jìn)行化學(xué)陽(yáng)極化處理產(chǎn)生氧化物保護(hù)層，b.應(yīng)用防腐涂層。為了提高鋁合金的強(qiáng)度和剛度，使其能作為受力結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用，在鋁中加入一定量的合金元素使其合金化，這樣就可以得到一系列性能各異的合金。表一材料應(yīng)用合金用途主要應(yīng)用應(yīng)用原理2024-T3板材型材機(jī)翼下表面水平安定面上表面高疲勞和斷裂，良好拉伸強(qiáng)度和抗腐蝕特性7178/7075-T6板材型材機(jī)翼上表面水平安定面下表面高壓縮屈服強(qiáng)度，良好疲勞、斷裂和腐蝕特性2024-T3薄板機(jī)身蒙皮高疲勞和斷裂，良好拉伸、壓縮、剪切和腐蝕特性7075-T6板材型材垂直安定面高拉伸壓縮剪切，良好和疲勞斷裂腐蝕特性7178/7075-T6型材龍骨梁、絎條梁高壓縮強(qiáng)度，良好疲勞、斷裂和腐蝕特性7075-T73鍛件型材機(jī)翼機(jī)身隔框倒流板優(yōu)良的抗應(yīng)力和剝離腐蝕和良好的強(qiáng)度、疲勞、斷裂特性材料—鈦合金的應(yīng)用

鈦合金即作為結(jié)構(gòu)材料又用作非結(jié)構(gòu)材料，鈦合金被應(yīng)用主要因?yàn)橐韵略颍骸獌?yōu)良的抗腐蝕性—高強(qiáng)度—小密度—高溫穩(wěn)定性—緩解空間限制—與其它材料相適應(yīng)材料—鈦合金的應(yīng)用

鈦合金具有非常好的抗腐蝕性能，并且密度比鋼小大約40%，同樣強(qiáng)度條件下鈦合金更輕，因此通常情況下應(yīng)用鈦合金而不用鋼。在下列情況下鈦合金被用來(lái)代替鋁合金：—高溫穩(wěn)定性被要求—鋁合金結(jié)構(gòu)件太大而鈦合金結(jié)構(gòu)件合適—因?yàn)楦g原因鋁合金不能和其它材料相接觸材料—鈦合金的應(yīng)用

鈦合金在飛機(jī)上主要被用作a.液壓管b.彈簧c.導(dǎo)流班（結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)）d.高壓管e.緊固件。材料—鋼應(yīng)用

飛機(jī)上大約12—16%的基本結(jié)構(gòu)使用合金鋼和不銹鋼，高的強(qiáng)度和彈性模量是高強(qiáng)度鋼的主要優(yōu)點(diǎn)。通常被用在起落架，發(fā)動(dòng)機(jī)架接頭，襟翼劃軌等部位。緊固件

對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)者和結(jié)構(gòu)修理工程師來(lái)說(shuō)，正確的選擇緊固件和應(yīng)用正確的鎖緊方式是一向非常重要的工作。緊固件得選用和安裝應(yīng)遵守結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)和飛機(jī)生產(chǎn)廠文件，而且不能違反飛機(jī)管理部門(mén)意見(jiàn)(FAA、DOT、CAAetc.)。緊固件

緊固件分為兩類(lèi)：

永久性緊固件可拆除緊固件永久性緊固件是指不損壞一個(gè)或幾個(gè)緊固件單元就不能拆除的緊固件包括：鉚釘、鎖螺栓、高鎖釘、盲螺栓和特殊用途緊固件可拆除緊固件是指不損壞一個(gè)或幾個(gè)緊固件單元就可以拆除的緊固件包括：螺栓、螺桿、螺帽、墊片和特殊用途緊固件。表二緊固件應(yīng)用結(jié)構(gòu)材料緊固件材料緊固件要求合金鋼，鋁合金+鋼合金鋼鍍鎘或滲鋁不銹鋼鍍鎘鈦合金滲鋁鋁合金+鈦合金合金鋼滲鋁不銹鋼滲鋁鈦合金滲鋁鋁合金鋁合金陽(yáng)極化合金鋼鍍鎘或滲鋁不銹鋼鍍鎘或滲鋁鈦合金滲鋁鎂合金5052鋁合金陽(yáng)極化除鈦合金外的任何材料H-11合金鋼鍍鎳—鎘并濕裝或滲鋁鈦合金，不銹鋼不銹鋼鈍化鈦合金氟化或滲鋁復(fù)合材料/鋁鈦合金

不銹鋼滲鋁接頭

主要接頭

失效模式

緊固件選用

緊固件安裝

主要接頭

機(jī)身蒙皮與長(zhǎng)絎接頭—由指型板，外搭接帶，內(nèi)I型絎條。指型板降低末端緊固件的峰值負(fù)載，使尖端緊固件易于檢查，并提高接頭的耐久性。外搭接帶形成雙剪載荷，受力均勻。主要接頭隔框角片—是隔框和機(jī)身蒙皮、長(zhǎng)絎、搭接帶之間的剪切帶，承受剪力。主要接頭隔框與地板梁接頭—通過(guò)地板梁支架將負(fù)載傳遞到隔框，承受地板梁傳來(lái)的拉力和垂直剪力。主要接頭

機(jī)翼與機(jī)身接頭—是飛機(jī)上承載最高的接頭，因?yàn)榘踩虿皇菃我粯?gòu)件的接頭而是有多個(gè)角片和接頭復(fù)合而成。其傳遞的兩種主要負(fù)載是：翼梁傳遞的剪切負(fù)載，機(jī)翼蒙皮傳遞的翼展負(fù)載。接頭—失效模式飛機(jī)的失效模式被分為5類(lèi)：凈拉伸失效—沿受力的垂直方向，板在連接緊固件之間失效。剪切失效—沿傳力的方向，兩平行的板其中之一發(fā)生失效。承載失效—在板的最大負(fù)載作用下緊固件孔變形。緊固件剪切失效—在負(fù)載作用下緊固件桿被剪斷。傳遞失效—所有其它的失效。接頭—緊固件選用

根據(jù)MIL—HDBK—5為滿足接頭撕裂強(qiáng)度，緊固件剪切，和凈拉伸的要求，緊固件的應(yīng)用必須遵循下列原則：—緊固件為實(shí)心—緊固件必須被突出—如果緊固件是螺栓，必須用剪切突頭—板厚和緊固件的直徑比大于或等于0.18接頭—緊固件選用加大緊固件經(jīng)常被用在飛機(jī)修理過(guò)程中，可以去除緊固將孔的損傷，使修理后緊固件與原有緊固件有相同的配合度，并提供負(fù)載傳遞路徑。表三緊固件過(guò)尺寸原有緊固件修理緊固件過(guò)尺寸鉚釘鉚釘相同直徑鉚釘高鎖釘、鎖螺栓1/32過(guò)尺寸高鎖釘、鎖螺栓高鎖釘、鎖螺栓1/64過(guò)尺寸接頭—緊固件安裝

緊固件邊距（EM）被定義為從緊固件中心到板的最近邊的距離。結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)要求的標(biāo)準(zhǔn)邊距為2D±0.05in（D=緊固件直徑）并建議使用標(biāo)準(zhǔn)孔徑。接頭—緊固件安裝但在修理時(shí)受空間的限制，不總能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)邊距的要求，必須用小邊距進(jìn)行修理。用小邊距進(jìn)行修理必須遵守FAA規(guī)定和手冊(cè)所要求的原則，通用原則為：接頭不疲勞破壞接頭疲勞破壞邊距與加載路徑平行接頭不疲勞破壞—EM≥1.5D:可接受?！?D≤EM<1.5D：可接受，當(dāng)少于兩個(gè)緊固件被影響并且每側(cè)僅兩個(gè)緊固件被過(guò)尺寸?！狤M<1D：不可接受，緊固件孔必須被去除并安裝加強(qiáng)板?！M(jìn)行凈拉伸檢查。接頭疲勞破壞—EM≥1.5D:可接受，緊固件孔必須被冷作硬化和噴射硬化?！狤M<1.5D：不可接受，緊固件孔必須被去除并安裝加強(qiáng)板?！M(jìn)行凈拉伸檢查。邊距與加載路徑平行—EM≥1.7D:直接應(yīng)用接頭許用表?！?.5D≤EM<1.7D：進(jìn)行實(shí)際應(yīng)力計(jì)算?！?D≤EM<1.5D：進(jìn)行剪斷檢查。—EM<1D：不可接受，緊固件孔必須被去除并安裝加強(qiáng)板。緊固件的間距與飛機(jī)結(jié)構(gòu)的密封性緊固件的間距影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)的密封性，在進(jìn)行修理時(shí)必修嚴(yán)格按手冊(cè)規(guī)定的間距進(jìn)行修理。緊固件的間距可以在手冊(cè)中查表得到，如果手冊(cè)不能提供應(yīng)按15倍板厚或6倍緊固件直徑進(jìn)行計(jì)算。結(jié)構(gòu)油箱要求完全密封，因此對(duì)其緊固件間距有特殊要求：緊固件的間距與飛機(jī)結(jié)構(gòu)的密封性—交錯(cuò)排列的鉚釘最大間距不超過(guò)10倍所連接的最薄板厚度?！诲e(cuò)排列的螺栓最大間距不超過(guò)4.50倍緊固件直徑或10倍所連接的最薄板厚度?！潭ㄓ拖涓拱宓你T釘最大間距不超過(guò)15倍所連接的最厚板厚度。—固定油箱梁的鉚釘最大間距不超過(guò)6倍緊固件直徑或10倍所連接的最薄板厚度?！３肿钚?.5倍緊固件直徑的行距。—鉚釘墩頭在油箱側(cè)?！i螺栓和高鎖釘突頭在油箱側(cè)。緊固件最小行距為了避免連接緊固件之間材料的剪切和撕裂破壞，應(yīng)使緊固件之間保持足夠的間距，一般情況下緊固件的最小行距為3倍緊固件直徑。耐久性

耐久性是飛機(jī)或修補(bǔ)抵抗裂紋、腐蝕和其它不利因素的能力。飛機(jī)耐久性的主要考慮方面就是抗疲勞、防腐、損傷容限。耐久性—防腐耐久性—抗疲勞

耐久性—抗疲勞

飛機(jī)在潮濕和海洋性環(huán)境中飛行發(fā)生腐蝕，腐蝕是航空公司領(lǐng)導(dǎo)和維護(hù)人員主要關(guān)心的問(wèn)題，應(yīng)該盡早發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理。防腐是進(jìn)行結(jié)構(gòu)修理一向基本而且必須的工作，進(jìn)行結(jié)構(gòu)修理必修做以下的基本工作：—完成鋁合金修理時(shí)必修在工作表面涂阿洛酊和一層底漆?！惭b修理件必修濕裝，在所有止動(dòng)孔添膠?！瓿射摷男蘩頃r(shí)必修鍍鎘和兩層底漆，第一層底漆再干后涂第二層?！侠淼貞?yīng)用密封膠完成修理。耐久性—抗疲勞

抗疲勞對(duì)延長(zhǎng)飛機(jī)的使用壽命起著至關(guān)重要的作用，一旦飛機(jī)的設(shè)計(jì)原則和外部負(fù)載確定后，我們可以通過(guò)改變結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)延長(zhǎng)飛機(jī)壽命。通過(guò)選擇合適的應(yīng)力水平、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和材料能提高抗疲勞能力。飛機(jī)是有許多結(jié)構(gòu)部件和零件組成的，我們可以通過(guò)改變部件和零件來(lái)提高飛機(jī)的抗疲勞能力。影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度的因素主要有:a.應(yīng)力集中b.尺寸效應(yīng)c.溫度d.表面加工質(zhì)量。耐久性—抗疲勞

在飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用的長(zhǎng)期實(shí)踐中，人們對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗疲勞設(shè)計(jì)問(wèn)題逐漸加深認(rèn)識(shí)，積累了經(jīng)驗(yàn)，從而對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗疲勞設(shè)計(jì)和修理制定出了一些原則：—合理選材，—適當(dāng)控制應(yīng)力水平—避免或減緩應(yīng)力集中—注意剛度與變形的協(xié)調(diào)問(wèn)題—改善特殊部位的振動(dòng)問(wèn)題—采用高疲勞壽命的結(jié)構(gòu)形式耐久性—抗疲勞飛機(jī)結(jié)構(gòu)的使用經(jīng)驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)表明，各種裝配效應(yīng)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有很大的影響，我們可以通過(guò)一些合適的工藝措施，使孔壁產(chǎn)生自相平衡的殘余應(yīng)力，改善孔壁的疲勞性能，提高疲勞壽命。通常，使孔壁產(chǎn)生殘余應(yīng)力的工藝方法有冷做硬化和干涉配合等方法。修理方案

過(guò)程

加強(qiáng)板和搭接帶

用鋼修理

修理方針

剪切梁修理修理方案—過(guò)程制定修理方案應(yīng)遵循以下過(guò)程：評(píng)估損傷，確定構(gòu)件受怎樣的力，并確定修理方法和修理所用材料。確定正確的材料許用應(yīng)力。計(jì)算修理部分所承受的負(fù)載。確定修理材料的形狀、大小。確定修理所用緊固件的類(lèi)型、大小和數(shù)目。制定修理藍(lán)圖。應(yīng)用結(jié)構(gòu)手冊(cè)的修理標(biāo)準(zhǔn)。修理方案—加強(qiáng)板和搭接帶

當(dāng)用鋁合金加強(qiáng)修理、搭接修理時(shí)應(yīng)遵循下列原則：盡可能應(yīng)用同一種材料修理材料應(yīng)加大一級(jí)或兩極拼接方向同加載方向平行時(shí)不能拼接加強(qiáng)板和搭接帶修理材料的許用應(yīng)力比被修材料高在修理部分邊沿打坡口確保修理件能夠傳遞原負(fù)載。修理方案—用鋼修理

鋼被作為修理材料是因?yàn)樵谛蘩聿课挥娩X合金會(huì)導(dǎo)致材料堆?；虿牧线^(guò)厚，從而不能保證修理邊距，緊固件數(shù)目要求，還會(huì)出現(xiàn)緊固件干涉問(wèn)題。用鋼代替鋁合金進(jìn)行修理必修考慮以下問(wèn)題：應(yīng)用鋼修理—用鋁修理產(chǎn)生干涉—用鋁修理不能保證邊距—用鋁修理產(chǎn)生太多中心變換過(guò)硬考慮

—比較修理鋼的剛度和波音用鋼進(jìn)行修