飞机结构常规修理方法及分析

何强 黄涛

摘 要：在飞机运行过程中，航空发动机机械会发生不同程度的磨损，而其磨损的状况会引发发动机运行故障，在不影响飞机安全和正常使用的情况下，合理地制定飞机结构修理方案并进行可靠性分析十分重要。

关键词：飞机结构；修理方法；

飞机结构的损伤主要分为飞机结构腐蚀、静强度破坏、疲劳裂纹等。根据飞机结构维修的有关理论、损伤部位和损伤情况、航材供应情况、飞机可停场时间、维修成本、本单位飞机维修能力等因素，参照该型飞机的相关修理手册，在不影响飞机安全和正常使用的情况下，合理地制定飞机结构修理方案并进行可靠性分析十分重要。

1腐蚀常规修理和分析

飞机金属结构件出现的腐蚀情况通常都是因为电化学腐蚀。飞机在出厂的时候已经采取一定的腐蚀措施，但是因为飞机的飞行环境和飞机使用以及维护保养情况不同的，因此在结构修理的过程中，不仅需要恢复原厂家设计的防腐能力，如果情况特殊，防腐能力还要比出厂时更好，以下是具体的防腐措施：全面检查飞机的容易发生腐蚀的零件和周边环境，明确飞机腐蚀发生的主要条件和发生原因。及时确认腐蚀发生的原始痕迹，将腐蚀产物及时、彻底的清理好，及时恢复好防腐涂层，并且采取相应的结构修理。定期对于飞机容易出现污染的区域进行清洁，尤其是那些长期受到液压油和电解质污染的区域和结构。此外要加强清洁腐蚀介质，重新喷涂防腐蚀的抑制剂。定期对于漏排水孔进行疏通，保证漏排水系统可以始终保持畅通的工作状态。保证厨房和厕所以及货仓地板接缝保持密封，避免水或者污染物渗入到结构表面当中。如果损坏了防腐涂层，就要立即将其修复。一些铝合金表面因为需要修理，从而得到再次加工，对着这些铝合金需要将其腐蚀层去除掉，保证表面的光滑性，保证修理区域的清洁性，不能出现金属屑，尤其不能出现铁屑和钢屑。此外也不能在修理区域当中出现油污等污染物。结合飞机维修手册提出的具体要求，首先需要将原有的表面涂层恢复好，结合实际情况考虑是否添加一层面漆，可以喷涂防腐蚀抑制剂。安装修理件和钛合金零件的过程中，或者安装的紧固件的时候，都要涂好密封胶，进行实施湿安装，在所有的止裂孔都要涂好底漆，并且利用软铆钉或者密封胶堵好。针对钢修理件通常情况下，都要在局部镀镉，使其原涂层得以恢复。如果无法满足上述条件，也可以涂两道底漆。地板和金属结构接触的部位，要黏贴好聚乙烯胶带，用来进行绝缘。深入研究发生腐蚀的原因，并且要利用有效的预防措施，使其抗腐蚀工作不断得到完善。

2静强度破坏的常规修理方法及分析

结构损伤的修理主要依据原结构件的应力水平和原结构件的静强度，损伤构件经修理后的静强度要等于或略大于原构件。例如使用加强板或搭接带进行构件的加强修理时，一般要比损伤件加厚一个等级，并使用一定数量的紧固件以传递加强板的全部载荷。如果更换损伤的紧固件，一般用原牌号的紧固件更换；如果没有原牌号的紧固件，可以用强度相同或加大一级的经批准的紧固件替代。

2.1典型的连接失效

大部分的飞机结构件是靠紧固件连接的，大部分的飞机载荷也是通过紧固件来传递的，因次飞机结构件的损伤和修理也离不开紧固件。

2.1.1紧固件的剪切破坏：紧固件受剪力被切断。

2.1.2紧固件的拉伸破坏；紧固件受拉力被拉断。

2.1.3相邻结构的局部屈服：相邻结构材料受挤压而产生塑性变形，即材料屈服。

2.1.4相邻结构件的剪切失效：相邻结构件因受剪力而造成撕裂、剪断，它是由于剪应力过大、紧固件间距或边距过小而造成的。

2.1.5相邻结构件的拉伸失效：紧固件附近的结构件因拉应力过大而造成材料的拉断现象。

2.2裂纹修理所需

紧固件的数量和分布T=裂纹结构件的厚度（英寸）L=裂纹长度（英寸）U=裂纹结构件抗拉伸极限强度（PSI）R=修理中使用铆钉的剪切许用强度（磅）1.15=安全裕度裂纹每侧所需铆钉数量N=T*L*U*1.15/R

2.3传力分析

在进行结构修理时，一般应了解飞机结构所承受的载荷大小、方向、分配方式以及載荷的传递路线，这就是飞机结构的传力分析。在进行了飞机结构的传力分析以后，就可以分清主次要结构，了解构件的受力形式及力的大小。

2.4等强度修理：

由于修理的目的是使被破坏的结构恢复原来的强度，所以可以通过连接件的强度或被破坏构件的强度来推算出原来的结构件设计载荷。一般飞机设计的最小安全裕度是1.1，因此推算出的结构件载荷除以1.1即可作为该结构件的最大载荷值。

2.4.1根据紧固件的许用强度值推算出临近结构的载荷。

2.4.2根据材料的许用强度值及横截面积推算出临近结构的载荷。

3疲劳损伤的常规修理方法及分析

疲劳损伤的常规修理和分析疲劳损伤具有不确定性和不易检查性，威胁到飞机的安全性。很多航空空难都是因为飞机结构件的疲劳损伤造成的。为了避免结构件出现疲劳破坏的情况，就要提高修理件的抗疲劳水平，保证飞机可以达到正常的使用寿命，但是这也是当今飞机结构修理过程中难题。

3.1合理选材

在修理飞机结构的过程中，要及时更换或者加强结构件，新的替换件要保持和原构件相同的材料，还要匹配二者的刚度。因为航材原因的影响，如果需要利用相同材料的替换件，就要匹配新构件和原构件的刚度，此外新构件的抗疲劳性能要高于原构件。

3.2合理控制修理区域的应力水平

修理件的强度要匹配与原构件，或者强度要过于原构件。此外需要合理布置修理件的纤维方向，荷载方向要平行修理件的纤维方向，使材料的利用率不断得到提高。此外需要合理分配紧固件的荷载，合理选择连接件的厚度，可以将紧固件的荷载平均分配，使构件和紧固件的应力水平不断得到降低，使结构的抗疲劳强度不断得到增强。

4刚度补强及分析

飞机结构在使用载荷作用下，不但不能有明显的塑性变形，而且弹性变形也应有一定的限度。飞机结构的刚度不够，飞行中就不能保持良好的空气动力性能，甚至产生颤振或共振，直致破坏结构；如果修理件刚度过大，就会造成修理件承力加大，增加临近结构件的载荷，使相邻结构件因过载而提前失效。

4.1修理后零件的刚度尽可能与原结构件相近，既不能使局部刚度过小而产生塑性变形，也不能局部刚度过大（形成局部硬点）而造成周围结构件因分配的载荷过大而提前破坏；两者是辩证统一的关系。

4.2刚度和变形协调的原则

4.2.1避免在剛度较大的主传力路线附近平行地布置较柔弱的传力构件。

4.2.2在长桁搭接而蒙皮连续的地方，避免蒙皮可能因长桁搭接接头刚度过大而超载，出现蒙皮失稳现象。

4.2.3在结构修理中，应避免同一连接接头上或同一传力路线上，混合使用不同规格及材料的紧固件，这样容易使较弱的紧固件因超载而提前失效。

4.2.4在对主承力构件，如梁、长桁、隔框、肋等的修理中，应避免修理件局部刚度过大而使周围结构超载。

4.2.5避免过分加强损伤构件造成因变形不协调而导致的周围结构件超载。

另外，在结构修理中，还应该满足飞机空气动力学要求、密封性要求、降低结构修理的重量、可接近性、可检查性要求、工艺性要求、经济性要求；对于临时性修理，必须考虑到将来实施永久性修理的可行性，不能影响永久性修理等。飞机结构修理工程师需要掌握相关维修手册及适航要求，了解航材储备、设备条件、维修人员技术水平、零部件加工能力、飞机可停场时间、经济性论证等因素，经过分析、综合、论证，然后，才能制定出一个符合适航标准的、经济的、合理的、可行的飞机结构修理方案。

总结：有利于制定最佳的检修方案，指导飞机结构将来的检修安排.将该方法真正用于飞机结构的设计过程，具有较大的工程应用价值.航空公司结构修理水平的高低是其飞机维修水平高低的重要标志之一，是飞机出勤率和航空公司经济效益的重要制约因素。

参考文献：

[1]吴振锋，左洪福.航空发动机磨损故障分析及诊断技术述评[J].航空工程与维修，2002（6）.

[2]毛吉星.波音737系列飞机结构修理类型分类方法[J].航空维修与工程，2014（2）.

[3]刘小冬，刘文.飞机结构经济维修方案优化技术[J].北京航空航天大学学报，2000，26（5）.