飞机工艺在航空工业中的作用

夏浚若

一架双发动机的小型旅客机，太阳照在它光滑流线的机体上，闪耀着银色的光。这是北京航空学院1958年的国庆献礼——“北京一号”。是谁把它亲手做出来的呢？人们会告诉你，从事飞机工艺专业的人们起了主要的作用。

在“北京一号”的制造过程中，为了解决不断出现的工艺问题，为了让它尽早作出来，尽量少花钱，很多人通宵达且的工作，付出了无数的心血！然而，“北京一号”只不过是一架坐人不多、速度不高的轻型飞机。如果是一架速度十分大或坐人很多的飞机，那会引起一些什么问题呢？

一台机床，如果由上千个零件组成，人们就要惊叹它的复杂了。可是，一架由几万个零件组成的飞机，却算是最简单的呢！飞机零件不仅数量大，而且形状十分复杂；很多零件用一般的机械加工机床根本作不出来。为了使飞机能及早参加到保卫国防、建设祖国的行列中来，如何缩短数以万计的零件的制造过程，始终是飞机工艺中的重要问题。因为，目前还有一些飞机零件不得不用最原始的方法——手工做出来。

由于飞机由许多零件组合而成，而它的尺寸又大，外形又由特殊曲线形成；因此，如何保证它的准确度及对称性，的确是一个难题。即使在其它方面都没有问题，只是左右两个机翼的重量和外形不一致，在高速情况下，就可能没有良好的飞行性能。这是多么大的影响啊！

当飞机速度逐步提高以后，出现了一个个的障碍。早期是“音障”，现在，它已经不成为障碍了。接着而来的是“热障”，现在，又提出了所谓“加工障碍”的问题。顾名思义，“加工障碍”是指零件做不出来，受到了加工的限制。很明显，这是与飞机工艺直接有关的问题，是应该由飞机工艺方面解决的。

举几个例子来说吧。

当飞机速度三倍于音速时，由于空气摩擦，飞机表面温度达到了300℃。这样一来，现在一般飞机上所用的材料绝大部分就都不能用了，因为它们受不了这样高的温度作用。必须向冶金部门提出要求，寻求新的耐高温的材料。当新材料有了以后，问题只解决了一半，还有如何加工这些材料的问题。能够加工旧材料的方法，不一定适用于新材料。到底什么方法才合适呢？需要飞机工艺人员来研究。

在高速情况下，飞机到底采用哪种结构型式才是最合理的，往往不取决于设计，而是在很大程度上取决于工艺——能不能做出来。大家都知道，很早以前人们就发现了蜂窝结构的巧妙：它十分轻巧而刚性又好。在飞机上也有这种结构要求。是不是可以在飞机上采用这种结构呢？可以想像一下，把金属做成蜂窝的结构型式，总不是轻而易举的吧？

自然界中另一个巧妙的结构是鸡蛋壳。它所载的重量(里面的蛋黄、蛋白)是它本身重量的十一倍！到目前为止，人们所设计、制造出来的任何结构，却还没有一种达到这个水平。鸡蛋壳之所以结实，是因为它是一个整体。能不能把飞机结构做成一个整体，以便大大减轻它的重量呢？你只要注意一下公共汽车，就可以发现即使是这种形状简单、尺寸不大的结构，它也是由许多小块凑成的。难道整体结构对它没有好处吗？不是的，这只是由于制造困难，按术语说，就是“工艺上复杂”。当然，将飞机结构作成一个整体更是困难，在目前是根本没有可能的。但是，使飞机壳体的每一“块”加大，使飞机零件数量减少却是目前飞机构造发展的趋势。在一些飞机上，这样的“块”(我们叫它作“整体钣件”)尺寸是5000×760。问题并不仅在于尺寸，而且还在于这样的整体钣件并不是一个平板，而是有曲度的——有些是单曲度，有些是双曲度；它的各处厚度也不相同，从它的一头看，形状往往是像图1那样的。如何把它们做出来呢？用一般的机械加工方法，不仅需要尺寸很大的机床，而且机床的构造也是特殊的，加工钣件也极费时间。因此，有采用化学药品将它腐蚀出来的办法。怎样才能保证刚好留下我们需要的部分，只腐蚀掉多余的部分呢？这也是问题。一般，飞机上零件的联结是用螺钉或铆钉(图2)。不论这两种中的那一种，都是不太合理的。因为它们都是在金属上挖一个孔，再放螺钉或铆钉进去。这样做既浪费时间又浪费金属；因为一架大飞机上的铆钉超过一百万个。是不是可以用胶把它们粘上呢？的确有这种想法，而且已经作过一些尝试。但问题仍然很多，因为这种金属胶到底不是浆糊，一涂上就完了。为了使联结可靠，有一定的强度，不是一拉就散了；在涂胶以后还必须加温、加压。胶完以后，从外面没有可能看见里面是不是有些地方没有胶牢；目前也还没有十分完善、简便的设备或仪器来检查它。

图2

在飞机工艺过程中，也尽量使用最新的技术成就，如程序控制机床、光学、电视设备等。如何使其它部门的新技术成就迅速地应用于飞机工艺中，也是飞机工艺部门的任务之一。

以上的几个简单例子只不过是飞机工艺问题中的一部分。

从总的方面说，飞机工艺的作用就是使图纸上的东西变成实际的东西。没有工艺部门，就没有飞机工业。它和飞机设计部门的关系愈来愈密切了——它必须解决设计部门提出的问题，如前面所提到的蜂窝结构，整体钣件等；而工艺部门的发展，又在很大程度上促进了飞机构造的改进。无论是在目前的国防或民用航空事业中，或者是将来的星际航行中，工艺部门始终担负着重要的任务。