波音757发动机吊架后扭力隔框裂纹损伤的探讨

袁俊

摘要：结合国货航B-2856飞机吊架后扭力隔框紧固件孔裂纹损伤的实例，分析了波音757-200飞机吊架裂纹的检查方法和形成原因，重点讨论了发现损伤后对超规范修理方案的实施、制定、批准以及补充维修方案的检查要求，为今后类似损伤的预防和处理提供指导，为超规范修理方案的设计提供借鉴。

关键词：吊架;扭力隔框;裂纹;超规范修理;维修方案

0引言

自1993年开始，波音陆续收到30多起波音757-200飞机安装RB211发动机的吊架后扭力隔框异常报告，主要位于后扭力隔框和吊架斜撑杆连接接头，损伤迹象包括螺栓孔裂纹、螺栓松动和断裂、接头垫片位移等。波音发布了服务通告SB-757-54A0047对吊架进行检查并多次改版，FAA先后颁发了多份AD要求对此处进行强制性检查。吊架后扭力隔框位于吊架扭力盒的最后部，与吊架斜撑杆和机翼侧接头相连，通过吊架斜撑杆将发动机的巨大推力载荷传递给机翼结构。本文结合实际案例，分析吊架后隔框的检查方法、终止检查措施、裂纹形成原因，重点从维修角度出发，以发现紧固件孔裂纹为例，讨论如何制定超手册修理方案，以获得波音批准，缩短波音的评估时间和飞机停场时间，节约维修成本。

1吊架后隔框的检查

波音的最新版服务通告SB-75754A0047R05要求对吊架后隔框与斜撑杆的钛合金接头处进行检查，包括垂直边的4颗紧固件、水平边的16颗紧固件，检查接头与隔框之间的填隙片有无位移，检查接近口边缘有无裂纹等。具体检查位置见图1。

检查时不需要拆下发动机，可以从吊架后整流罩处打开后隔框接近口的盖板，从前后方向进行检查。对于未执行过吊架增强改装（Strut Improvement Program）的飞机，具体的检查位置、方法和间隔见表1，对执行过增强改装的飞机检查间隔均为3000FC。

垫片边缘四周有密封胶封边，如果密封胶有松动迹象表明有位移产生。每次检查时需要记录垫片位移量，累积不超过0.5in的可以切掉裸露的垫片，使用底漆和DowComning 93-006密封胶封边;累积位移量超过0.5in的则需要更换新的垫片。此工作量较大，需要拆卸发动机或尾喷，以及拆卸接头垂直边的紧固件。

紧固件为湿安装，需要检查前后两侧的螺栓头和螺帽，如果密封胶有松动、间隙、残渣等迹象则表明紧固件有松动。如果发现紧固件松动，需要拆卸发动机或尾喷，拆下损伤的紧固件。对于垂直边的紧固件孔可以分别铰孔至0.4526～0.4536in或0.4682～0.4692in，安装14/3 2in加大一级或两级的海洛克螺栓;对于水平边的紧固件孔可以分别铰孔至0.3901～0.3911in或0.4057～0.4067in，安装12/32in加大一级或两级的海洛克螺栓。所有紧固件均使用BMS 5-63或DowComing 93-006湿安装。

2原因及終止措施

波音757飞机的吊架实际承受的载荷比初始设计载荷要高，波音的飞行测试数据、疲劳试验以及运营经验表明，在达到设计服务目标DSO（50000FC）之前，吊架的主结构会因疲劳源产生裂纹，且疲劳裂纹的扩展速度比计划数据要快。

波音推出的吊架增强改装（SIP）通过更换新的机翼连接结构、吊架后隔框、吊架机翼接头、侧连杆接头、中梁等零件，可以解决吊架主体结构的疲劳问题，但是并不能解决后扭力隔框紧固件松动和潜在的孔边裂纹问题，因此对于参照SB-757-54A0035R05之前版本进行吊架增强改装的飞机，仍需执行SB-75754A0047R05的检查或者终止检查，而SB-757-54A0035R05及之后的版本已经加入了SB-757-54A0047R05的终止措施。对于不适用增强改装的飞机，直接执行SB-757-54A0047R05的终止措施。

终止措施要求将后扭力隔框与连接吊架斜撑杆的钛合金接头上12颗连接紧固件更换成更强的螺栓。原先的紧固件类型为BACB30NX14K（垂直边4颗，海洛克螺栓直径14/3 2in）和BACB30YK12（水平边8颗，海洛克螺栓直径12/3 2in），新的紧固件类型为BACB30US8K（垂直边4颗，海洛克螺栓直径16/32in）和BACB30US7K（水平边8颗，海洛克螺栓直径14/32in），更换后的紧固件直径加大，强度更高。

3吊架后隔框紧固件孔裂纹的修理

B-2856飞机安装有RB211发动机吊架，于18C定检期间发现后扭力隔框垂直边1颗紧固件有松动迹象，拆下该紧固件对孔壁执行高频涡流（HFEC）开口孔检查，发现裂纹从孔边缘沿着3点钟方向扩展，长度约为0.3 6in（ 9mm）。发现裂纹时该机的总飞行小时为49660FH，总飞机循环为23635FC，吊架增强改装对该架飞机不适用。根据B-2856飞机发现的情况和波音收到的反馈信息，吊架后扭力隔框典型裂纹位于隔框与钛合金接头相连的紧固件孔，隔框为铝合金材料，垂直边4颗、水平边8颗紧固件孔边缘通过旋转孔高频涡流检查发现裂纹，钛合金接头未有裂纹报告。本文主要讨论垂直边紧固件孔裂纹修理方案的制定，水平边孔裂纹的修理方案可以此为借鉴。

3.1超规范修理设计的基本思路

波音不允许吊架主结构留有任何长度的裂纹，要求在下次飞行前必须完全去除裂纹并完成修理。由于现有的检测手段对裂纹的长度不能准确判定，高频涡流仅能确认裂纹的大致方向，所以对裂纹的去除都是1/64in逐级加大，保证最小的材料去除量。

现有结构修理手册和相关适航性资料的最大允许值是将损伤孔加大至0.4995～0.5005in并安装16/3 2in海洛克螺栓，也就是说如果裂纹扩展超过0.031in长即涉及到超手册修理，需要局方批准。如果裂纹可以通过对隔框进行单独扩孔而消除，并且有足够的边距安装冷冻塞，则可参照安装冷冻塞的方法进行修理;如果裂纹扩展较长.则需考虑局部消除裂纹，按照等强度的原则进行加强修理，修理后需要完成损伤容限的计算和检查，该计算由厂家完成。

3.2裂纹长度小于0.031in

对于孔边裂纹扩展长度小于0.031in的损伤，可以逐级将原孔径从0.437～0.43 8in加大至0.4995～0.5005in，钛合金接头和铝合金后隔框一起铰孔，每一级铰孔1/64in。修理后的孔安装BACB30US8K型号的螺栓，最大直径16/32in，配合BACN10HR8CS螺帽，螺帽如与隔框腹板圆角有干涉，可以参照结构修理手册对圆角进行锪平（Spotfacing）。锪平面要求0.875in直径，0.062～0.090in圆角，O.OlOin最大深度。该修理满足SB-757-54A0047R05的要求，可以直接执行不需报波音批准。

3.3裂纹长度小于O.101in

如果将孔加大至0.4995～0.5005in后裂纹仍然存在，则可对铝合金隔框单独铰孔，每一级铰孔1/64in并逐级扩大，之后对孔壁进行高频涡流（HFEC）旋转孔的检查，确认裂纹去除干净，最大铰孔直径不能超过0.641in，HFEC检查后完成1/16in的保险切割。

对铝合金隔框单独铰孔有一定施工难度，需要将吊架从飞机上拆下，在工作台上进行修理。加工特制铰刀，使用限位器防止对铝合金接头造成损伤。最后需要测量孔边距以及到隔框圆角的距离，在保证边距和圆角距离足够的情况下，可以参照SRM51-20-07的内容，使用7075-T6与隔框腹板等厚的铝材制作冷冻塞并安装。以钛合金接头上的孔为引导，在冷冻塞上钻0.4995-0.5005的紧固件孔，参照SB-757-54A0047R05的步骤安装BACB30US8K螺栓及相应螺帽和垫片，此方法需要获得波音批准同意并颁发8100-9表。使用冷冻塞修理的方法相对简单，前提是必须有足够边距和圆角距离来安装。

3.4裂纹长度小于0.149in

如果孔径加大至0.641in后高频涡流检查孔壁裂纹仍然存在，则继续对铝合金隔框单独铰孔，每一级铰孔1/64in并逐级扩大，最大铰孔直径不超过0.7375in，之后对孔壁进行高频涡流（HFEC）旋转孔检查，确认裂纹去除干净后，再加大1/16in进行保险切割。

加强修理方案如图2所示。使用7075T6铝材制作填充塞，填充塞为间隙配合，直径比孔内径小0/-0.0005in;用301 CRES l/4 Hard（或15-5PH CRES， H/T 180-200 KSI）0.90in厚板材加工角材，确认最小弯曲半径符合SRM 51-30-01的要求，不锈钢角材进行钝化处理;用2024-T3加工圆角垫片，贴合面间隙不大于0.005in，垫片阿洛丁处理并刷两层BMS10-11 Type I底漆;参照SRM 5120-07安装填充塞，用BMS5-63或等效密封胶湿安装不锈钢角材和圆角垫片。以钛合金接头上的孔为引导，在填充塞上钻0.4995～ 0.5005in的孔，参照SB-75754A0047R05的步骤安装BACB30US8K螺栓及相应螺帽和垫片。

该修理是B类修理，需要获得波音批准同意并颁发8100-9表格。

3.5裂纹长度大于0.149in

对于裂纹扩展超过0.149in长度即扩孔至0.7375in后裂纹仍然存在的损伤，由于此时孔边缘离隔框圆角距离很近，所以只能沿着裂纹扩展的方向局部去除材料，直至裂纹完全消除，如图3所示。裂纹清除之后的修理方法与3.4节的修理原理基本上相同，需要注意的是保证新增紧固件孔边距最小2D。HFEC检查后在裂纹方向执行0.04in的保险切割，制作与切口形状相同的填充塞，保证0/-0.0005in的间隙。加强板和圆角垫片的制作、以及紧固件的安装均同3.4节的内容一致。该修理同样是B类修理，需报波音批准后颁发8100-9表格。

局部消除裂纹方式的难点在于无法直接扩孔，需要从吊架上部的观察口接近隔框前部進行打磨，或者拆掉封闭蒙皮接近隔框前部，使用手动铣刀沿着裂纹的方向进行铣切打磨。隔框前部的空腔狭窄，难以操作，需要慢慢小心打磨，保证切口的圆滑过渡，同时不能损伤钛合金接头和周围其他结构。

如果局部打磨仍然不能完全消除裂纹，则需要更换新的隔框组件，这需要增加10天左右的停场时间和数万美金的器材费用。

3.6维修方案的影响

B类修理是指修理完成后需在现有维修方案基础上增加补充检查内容才能满足持续适航要求的修理类型，属于永久性修理。

3.4节和3.5节的加强修理方案均为B类，完成后需修改现有维修方案，增加一条专门的检查条目。根据损伤容限计算的结果，该修理检查间隔为修理后3000FC或24个月，先到为准。

具体检查方法为：拆下铝合金隔框补片和填充塞，对隔框连接钛合金接头的区域详细目视检查，对加大孔进行高频涡流旋转孔检查，确认无裂纹。

需要指出的是，FAA颁布了最新版AD 2012-26-04，对后隔框检查进行强制执行要求，3.3节、3.4节和3.5节提到的修理方案均对适航指令AD 2012-26-04有影响，完成修理后按照损伤容限计算的结果，终止检查或需要增加新的检查方法，需要修改原有维修方案，所以构成适航指令的替代符合性方法（AMOC），这需要波音在8100-9表格内明确给出。

4总结

发动机吊架后隔框裂纹是波音757飞机典型的结构损伤之一。航空公司应该根据裂纹的扩展情况，预先制定合适的修理方案，缩短厂家的评估时间，在申请厂家批准和颁发适航表格时赢得主动，以节约大量的停场时间。

参考文献

[1] BOEING.B757-200 Service Bulletin（SB）： SB-757-54A0047R05 [Z]. BOEING，2011.

[2] BOEING.B757-200 Service Bulletin（SB）： SB-757-54A0035R06 [Z]. BOEING.2011.