飞机铆接装配故障分析与解决方法

杨斌

摘要：飞机结构铆接是飞机装配的重要过程之一。除了可以保证飞机结构的刚性需求还要符合外形气动的要求，也是贯彻飞机设计思想的过程。但是，飞机铆接装配过程中会出现很多不可预测的不定因素。

关键词：故障类型；复合材料；修理方法；工艺过程

中图分类号：V262 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）10-0043-02

1 常见故障类型与解决方向

我们对飞机在铆接装配过程中所产生的故障以及需要修理的结构损伤进行了总结。主要有以下几方面：

产生故障的原因：由于设计原因引起的装配问题；由于操作者工作失误引起的装配故障；由于工艺方法不合理引起的故障；

修理方案及后果：故障修理的目的是要达到设计思想的要求。因此，根据发生故障的形式及程度采取相应的措施和方法。

本文对飞机铆接装配过程中常见的结构故障进行故障分析与解决方法的总结。讨论的故障范围为：飞机在生产制造过程中出现的非人为原因及人为原因导致的故障，经过总结主要有以下几种类型：

1.1 零件超差

工装等问题可能会导致零件尺寸超差，带来装配和强度问题。对于低成本零件，一般采取更换合格零件的方法；对于高成本零件，根据超差情况，在能补偿的前提下优先考虑补偿方案。

1.2 干涉现象

在零件不超差的前提下出现的干涉现象一般是由于公差积累或装配技术缺陷造成的。轻微的一般采取调整办法，不可调整的则视情况修理干涉处或重新装配。

1.3 阶差现象

这种现象也是由于公差积累和装配技术缺陷造成的。如飞机边梁的装配阶差会导致中部结构与底部结构对接时外形无法平滑过度。轻微的一般采取调整办法，不可调整的则须要更换零件重新装配。

1.4 鼓动现象

大面积的钣金零件装配后表面应力分布不均匀造成的局部弹性突起现象叫做鼓动现象。

该故障常见于飞机的蒙皮、地板和钛板等结构上。除了装配中产生的应力外，由于环境温差出现热胀冷缩也会导致鼓动现象的出现。该现象会加速零件疲劳，所以必须采取调整或补偿的方法消除鼓动。

1.5 间隙问题

形成零件之间间隙的原因很多，公差积累、装配缺陷、零件超差、变形等都会使零件之间产生间隙。值得一提的是，一些设计上的缺陷会导致重复的、不可避免的间隙问题。对于小的间隙，一般用垫片补偿；对于较大的间隙，则需要改变零件结构才能补偿。

如用盒型件连接两个固定框，三个件都已是刚体没有可调整的设计补偿，它们连接时必然要产生不同大小的间隙。原因就是装配误差和零件制造误差都存在，使每架飞机两固定框装配时的间隙不同。那么，解决方法就是给出设计补偿—将盒型件的一侧改为角材连接，角材与盒型件连接面要长，可以调整角材与盒形件铆接时的位置，从而消除间隙。

1.6 复合材料损伤

复台材料结构的损伤有各种形式，大部分损伤是由外来物冲击引起的，冲击导致的损伤可从小的凹坑到内部分层直至大面积全厚度穿孔。由于复台材料极易分层，因此有必要检查损伤区周围以确定是否有分层存在。修理过程中的笫一个重要步骤就是确定损伤区域，常用的检测手段是超声波和X射线检测。

可修理的最大尺寸与部件的构造有关。对厚度为2～10mm的整体壁板，最大可修理尺寸目前定为直径lOOmm；对蜂窝夹层结构，可修理的最大表板面积是80cm2，最大穿孔尺寸为直径15Omm。

2 典型故障分析与解决方法

2.1 管梁壁超差问题

在某型直升机的座舱罩管梁结构中，一处管梁壁厚度超差，厚度尺寸小于图纸要求。该位置属于舱门合页的安装位置，预先安装了盲孔螺母，由于厚度超差，导致强度变小。

由于更换整个管梁的成本太高，我们优先考虑补偿方案。通过观察，我们发现超差处盲孔螺母周围的空间富余，可以用托板螺母结合加强片代替盲孔螺母的方法来增加该区域的强度。加强片的设计是关键，既要起到铆接过渡的作用，又要在尺寸上同时满足托板螺母的固定和修理操作的空间要求。方案如下：（1）制造加强片；（2）将托板螺母与铆接在一起；（3）将故障处的开孔扩大，并将铆接到管梁内侧；（4）用EA9396胶填充开孔处缝隙。

这样，超差区域的强度得到了补偿，修理过程也比较简单，外观上基本没有变化。该方法亦适用于一些螺母孔超差的情况。

2.2 防火墙鼓动问题

钛板材料的防火墙结构在装配过程中对表面应力十分敏感，容易出现鼓动现象。这不仅影响零件的外观、带来噪音，在长期使用中还会影响零件的寿命，降低抗减能力。鼓动的效果。

防火墙的钛板较薄，一般在0.5mm左右，其屈服应力值很低。因此较小的装配尺寸的调整往往不足以消除鼓动，增加刚度是最直接的办法。通过铆接L形角材，可阻止钛板变形，同时也可提高鼓动区域的刚度。方案如下：（1）制造加强角材；（2）将铆接到鼓动区域，阻止其变形

值得思考的是：该方案虽然阻止了钛板变形，但应力没有得到释放且外观发生了改变。在找到新的方法之前，我们更应将思路放在如何杜绝这种现象上，比如工装技术的提高等。

2.3 复合材料损伤问题

常见的复合材料损伤一般都采用胶接修理技术，可根据损伤程度来选择不同的工艺方法。

对于仅影响气动外观的小损伤（如整流罩凹坑、划痕、脱漆等），可进行装饰性修理。目的是恢复气动光滑性，通过填充或者刷胶即可完成。小面积脱胶或分层可用注胶的方法修理。钻一些通到损伤层的小孔作为注胶孔和溢胶孔，加热胶液并用压枪注入孔中直至胶液从邻近的溢胶孔中溢出，固化后使修理区和未修理区连成一体。

（1）外加强板修理。这种方法主要用于薄板及蜂窝表板的修理。修理后的结构强度可达原结构材料强度的50%～80%，恢复程度取决于补板和胶层强度及被修理板的自身厚度。外加强扳通常使用碳纤维环氧复合材料和钛合金箔片。使用复合材料补板时，纤维的铺层顺序应尽可能与原结构相同，而且为保持外缘的楔形，各层布的尺寸应从内到外依次减小，在选择成形工艺时还需要考虑修理表面的曲率。采用钛合金箔片时，将钛板一层层涂胶后铺贴于损伤部位（通常在两层钛板之间加一层玻璃布以减小加强板的剪切模量）。钛合金板的优点是没有铺层方向问题，使用温度高。

（2）光滑外表面修理。这种方法主要用于较厚板或气动光滑性要求严格部位的修理，修理后的结构强度可达原结构材料强度的60%～100%。光滑表面修理常用的加强板材料是碳纤维环氧复合材料，并要求铺层顺序与原结构相同，为保证加强板与原结构很好地贴合，多采用共固化法成形。这种修理方法的优点是偏心载荷小，气动性好；缺点是为了得到所需要的楔形，需祛除大量未损伤材料。

2.4 待解决的问题

事实上，这些方法已经被广泛应用，并取得了满意的效果。但是，仍然有一些问题值得我们思考。比如：（1）为了减少修理时间以提高生产效率，能否在传统工艺方法的基础上提炼出一套合法合理的快速修理工艺；（2）现代飞机在结构设计上日趋复杂，对装配尺寸的要求也越来越高，在工装定位技术上能否继续突破以适应这种形势；（3）在结构复杂的部位出现损伤时，人工操作的无损检测很容易受到非损伤区域的干扰，能否开发出快速、准确的自动无损检测手段来保证损伤检测的精度；（4）在胶接修理中使用金属加强板尤其是钛合金板时，其低温及大曲率的成形非常困难，能否研究出新的成形工具和工艺手段来改善材料的加工性能。

随着科技的进步，我们会有更多更新的思路来解决这些问题。