浅谈民机结构紧固件超差的处理

苗强

【摘 要】在飞机的制造、装配过程中会出现各种超差，涉及紧固件的超差占总超差数量的80%以上。本文介绍了几种常见的紧固件超差，阐述超差的修理原则、方法以及使用条件，给出处置方案，使其满足强度要求，又不影响周边结构的连接，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；紧固件；修理

中图分类号： V267 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）08-0139-001

Solutions of structure fastener damages of civil aircraft fuselage

MIAO Qiang

（Shanghai aircraft design and Research Institute，Shanghai Pudong District，201210，China）

【Abstract】Fuselage structure may suffer all kinds of damage during manufacture and assembly， and 80% of these damages involves fasteners. In this article， we present several kinds of fastener damages which are most commonly seen on aircraft. Besides， repair solutions and strengthen methods are discussed， which can be a guidance to fuselage designers and maintenance engineers.

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

飛机的机体结构是由数万项零组件装配而成的，零组件之间常用紧固件进行连接。紧固件连接的结构承载能力高，疲劳性能好，在飞机上应用最广。航空紧固件类型繁多，大致可以分为两类：可拆卸型和永久型。可拆卸型紧固件包括螺栓、螺母、螺钉、销钉等。永久型紧固件有铆钉、高锁螺栓、环槽钉等。目前，铆钉可以使用自动钻铆机安装，而螺栓类紧固件仍需要手工来完成。

飞机在生产过程中常会出现与设计状态不符的情况，这时会产生结构件的拒收，也叫超差。据统计，涉及紧固件的超差占总超差的80%以上，而这些超差几乎都是由人为因素引起。为满足维修性，设计结构尺寸时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，在考虑静强度的同时要注意疲劳和损失容限要求。对于超差问题，并不存在一个普适的处理方法，而应该将每个超差处理看作一个单独的设计，而且处理超差比开始新的设计要复杂的多。以下将介绍几种最常见的超差情况，给出分析方法和处理方案。

1 常见紧固件超差

1.1 边距不足

一般来说，紧固件边距取为2D+1（D为紧固件直径），这是留有设计余量的数值以应对孔位、孔径超差等情况。通常来说，边距2D是被允许的，有些时候1.5D（边距与载荷方向垂直）也满足强度要求。这些需经过强度分析才能确定是否可以原样使用。

如果不能原样使用，通常可按以下两种方法处理：（1）在空间允许的情况下，新增一个新的相同规格的紧固件，并满足边距和间距要求，超差的紧固件保留；（2）在原来结构上增加一个相同材料、相同外形且厚度增大一级的补片。补片尺寸要覆盖超差紧固件基础上，再延伸两个紧固件。

1.2 孔径超差

当紧固件孔径超差较小，通常采用安装加大紧固件的方法。标准加大紧固件的直径为加大1/32in和1/16in。

当紧固件孔径超差较多，无法使用安装加大紧固件来解决。这时可以采用加衬套的方法。常使用的有柱形衬套和埋头衬套。埋头衬套可保证衬套单向不滑落。衬套-超差孔使用干涉配合，干涉量可取0.0015-0.0035in。超差孔中塞入衬套后，在原来位置安装原紧固件。选用衬套时应尽可能选择较小直径的衬套，保证衬套的最小壁厚为0.03in。安装柱形衬套的外径不能超过紧固件头部的直径，以防止衬套从孔中脱落。

1.3 紧固件钉头与圆角区干涉

当紧固件钉头进入结构圆角，可以选择反装该紧固件。如果仍无法避开干涉，可以在紧固件和结构元件之间增加一块垫板。垫板的最小厚度等于圆角半径加上0.02in，需保证紧固件在垫板上满足边距要求。

1.4 多余孔

通常来说，机身结构上不允许留有空孔（超差孔和工艺孔）。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，防止孔在拉伸和压缩载荷下发生变形，通过配合在孔边产生一定的预应力。因此，结构多余空孔一定要堵住，并应满足以上堵孔要求。

当单层结构上出现多余空孔，可用紧固件进行堵孔。工程常用铆钉“AD”（2117-T3）或“DD”（2024-T31）钉堵孔，可按需选用平头或埋头钉。

当多余孔穿过多层结构件，若满足紧固件的边距和间距要求，可在多余孔处增加一颗紧固件；若不满足要求，应采取分层堵孔方式来处理。这是因为，堵钉穿过两层或多层零件，堵钉就要承受、传递零件之间载荷，对该区域紧固件上的载荷分配会产生影响。如果堵孔直径过大，堵钉要传递与直径相应的较大载荷，这会导致堵钉周围结构材料剪坏。

如果开孔距离零件边缘太近，如孔距离结构边缘等于或小于1.6mm，应锉修掉该孔，打磨光滑后进行手工阳极化及涂漆处理。

2 小结

本文介绍了飞机在生产、制造过程中经常出现的紧固件超差情况，处理原则和措施方法。在实际使用过程中，文中提及的处置方案不可直接套用，应进行相应的强度分析。本文给出了工程常遇到的紧固件超差的处理思路，可为民机设计工程师和结构修理工程师提供参考。