民机结构超差孔的修理方法

李维娜

【摘 要】飞机结构在设计寿命内面临着各种各样的损伤，有人为损伤、制造缺陷以及因为材料的疲劳、腐蚀等原因造成的损伤。结构修理手册就是用来指导修理工程师针对机体结构在服役期间出现的损伤进行修理。然而，大部分的损伤出现在制造阶段，尤其是在飞机研发前期的工艺摸索阶段。超差孔是最常出现的制造缺陷之一，包括多余孔、短边距孔、八字孔等。本文主要介绍超差孔的修理原则、方法以及使用条件，对常见开孔损伤给出修理建议，可供民机设计工程师和修理工程师参考。

【关键词】民用飞机；结构；修理；维护

【Abstract】Fuselage may suffer all kinds of damage during its service life， including human damage， manufacture defects and damage caused by fatigue and corrosion. Structural repair manual indicates typical repair and strengthen methods to deal with damage which occurs during service life. However， most of damages are caused by wrong process or careless actions. Open-hole is one of the most common manufacture defects. In this article， repair solutions and strengthen methods are discussed， which can be a guidance to fuselage design and maintain engineers.

【Key words】Civil aircraft； Structure； Repair； Maintenance

结构修理大多发生在飞机的生产过程中，尤其是还处于工艺摸索的民机研制阶段。为满足可修理要求，在设计时，结构尺寸应预留足够的维修空间。结构修理后，应与修理前具有相同的承载能力、结构刚度和服役寿命。修理方案应尽量简单，方便操作，降低重量不是修理的首要要求，在考虑静强度的同时要注意疲劳和损失容限要求。本文主要介绍结构上有空孔缺陷的修理方法，包括多余孔、八字孔和短边距孔等。由于空孔会大大降低结构的疲劳性能，因此需进行相应处理对结构进行补强，使结构满足传载要求。

1 堵孔原则和方法

一般来说，机身结构开孔（包括超差孔和工艺孔）都应该堵住。因为，开孔引起的应力集中会大大降低结构的疲劳强度。对于结构上必须开的孔，如系统通过孔，设计时会在开孔区加厚以降低应力水平。研究表明，干涉配合的堵孔可以将疲劳寿命提高至未实施堵孔的四倍。合格的堵孔，堵孔件能够传递通过该孔的压缩载荷，能防止孔在拉伸和压缩载荷下发生变形，能通过配合在孔边产生一定的预应力。满足以上要求的堵孔才能提高结构疲劳寿命。

首先，所有的非圆孔都应圆整后再进行堵孔。工程处理时，为节约成本和提高效率，一般多余开孔都用铆钉镦铆堵孔。选择铆钉时，要注意铆钉不能太软，要能有效减少应力集中，还要注意铆钉和结构材料之间不能发生晶间腐蚀。对于铝材，建议用“AD”（2117-T3）或“DD”（2024-T31）釘堵孔，可按需选用平头或埋头钉。

有些时候，需要特制堵孔件并进行冷缩安装（将堵孔件冷冻后压入孔中）。例如，对于一排紧固件中端头紧固件附近的空孔，或者一组紧固件中最靠近集中载荷作用点的那个紧固件附近空孔。这是因为，开孔即使实施堵孔，也势必会削弱邻近紧固件的承载能力。如果使用与结构相同材料制作堵孔件，实施冷冻堵孔，堵钉与结构具有相同的抗挤压能力，就能有效传递钉间挤压载荷，使邻近紧固件充分发挥其承载能力。

如果开孔穿过两层或多层结构，应分开堵孔。如果堵钉穿过两层或多层零件，相当于堵钉要承受并传递零件之间载荷，不管堵钉直径比邻近紧固件大还是小，对该区域紧固件上的载荷分配都会产生影响。如果堵孔直径过大，那么堵钉要传递与直径相应的较大载荷，这会导致堵钉与邻近紧固件之间的结构材料剪坏。

大部分时候，多余孔与紧固件孔连线是与载荷方向平行的，这时堵住多余孔即可，此时堵钉不承受载荷。如果两孔连线与载荷方向垂直，由于净截面（减去开孔后的横截面）材料损失过多，堵孔后也要做适当加强使其满足净截面强度要求。

如果开孔距离零件边缘太近，如短边距孔距离边缘等于或小于1.6mm，应锉修掉该孔，找新位置打孔并安装该紧固件。

2 衬套使用原则

衬套常被工程用于堵孔。当多层零件上出现八字孔，一般将八字孔圆整后压入特制衬套，然后在衬套上打孔安装原紧固件。当结构需要一个可更换的抗磨损表面或结构需要较高的挤压应力时，也常使用衬套。

衬套材料一般选择与结构材料一致或具体相近的抗挤压能力，同时应避免电化学腐蚀。使用衬套时，应使去掉的结构材料最少。理论上，圆整孔的直径可以取八字孔的最小外接圆直径和紧固件直径加上2mm后的数值中的较大值。当然，确定圆整直径要考虑扩孔时100%借孔的可操作性。紧固件直径加上的2mm，是因为衬套最小壁厚应保证0.8～1mm。设计衬套时，尽可能采用所需最小壁厚。衬套与零件之间合适的干涉量为孔直径的0.003～0.004倍。对于较大直径的孔，干涉量可稍小一点。研究表明，大干涉量可提高开孔的疲劳寿命，干涉量过大又会加速应力腐蚀。同样，多层结构应实施分层加衬套。最后需要注意，短边距的孔不能使用衬套处理，因此加衬套可能会需要去除更多的边缘材料，进一步削弱结构零件，加重应力集中。

3 结束语

本文主要介绍了机身结构超差孔的处理方法，文中谈及的处理方法均来自有关试验、计算和工程经验，可为民机设计工程师和结构修理工程师提供参考。

[责任编辑：朱丽娜]