对基于飞机结构装配的紧固件连接设计探讨

摘 要：众所周知，紧固件连接是对飞机结构进行设计时，所不可或缺的重要部分。文章以飞机结构装配为出发点，结合实际情况，围绕着紧固件的连接展开了探讨，探讨的内容集中在三个方面，分别是：铆钉连接，螺栓/螺钉连接，该项工作未来的发展趋势，供设计人员参考。

关键词：飞机结构装配;紧固件连接;铆钉连接

前言：理想状态下，飞机结构应当是一个整体，但是，修理、维护和储存等方面提出的要求，以及现有的工艺和材料，都无法为理想飞机结构提供支持，也就是说，飞机需要利用大量零部件，通过组合的方式才能形成，具有桥梁作用的紧固件的连接设计，对飞机的重要作用不言而喻，围绕其展开探讨，自然很有必要。

1铆钉连接设计

作为紧密件设计的重要部分，铆钉连接的原理，主要是利用铆钉将两块板进行连接，目前，在飞机结构上应用的比例较高，应用方向以骨架间的连接、部件间的连接、骨架和蒙皮间的连接为主。

1.1分类

以功能为依据，可将铆接设计划分为两类，一类是普通铆接，另一类是干涉配合铆接;以需求为依据，同样可将铆接设计划分为两类，一类是密封铆接，另一类是特种铆接。不同铆接方式，分别适用于飞机的不同结构，例如，干涉配合铆接，通常被应用在具有较高要求的组合件中;密封铆接，更符合飞机密封结构的特点和要求，因此，常被应用在设备舱、气密座舱等结构中;特种铆接则分为两种方式，分别是自动铆接和电磁铆接，其中，自动铆接需要应用到的工具为自动铆接机，其优势在于使手工铆接存在的局限得到弥补，降低紧密件连接有裂痕出现的几率，而电磁铆接的应用对象，以大直径设备为主，通常被用来对大功率压铆设备进行替代[1]。

1.2设计原则

应用铆接设计的重点是对铆钉进行合理布局，常见的布局方式，包括单排、双排、平行和交叉等，设计人员应以相关规范要求为依据，结合实际情况，完成对最优方案进行设计的工作，保证铆钉连接的作用，得到应有的发挥。正常情况下，单排布局适用于腹板和蒙皮的连接结构;双排布局适用于腹板和蒙皮的铆缝结构。科学的布局方案，往往会给连接质量、抗疲劳性带来直接影响，应当引起设计人员的重视。

2螺栓/螺钉连接设计

在飞机装配设计过程中，螺接的“出镜率”较高，而螺接，又分为螺栓连接、螺钉连接，螺栓连接的应用对象，以机身对接、机翼和机身的对接为主，这些部位的特点是需要承受较大压力，除此之外，还包括尾梁和机身的对接、结构接头连接、机翼和选装设备的连接等;螺钉连接的应用对象，则以可拆卸壁板为主，其特点是承力较小，而螺钉连接的作用，主要是连接可拆卸部位，设计人员应根据实际需求，对连接方式进行选择，避免出现不必要的问题。

2.1材料

材质始终是螺接设计关注的重点，设计人员应保证所选用材质，可以承受飞行状态下飞机的受力。现阶段，多数螺钉、螺栓均为钢制，具体来说，就是碳钢、合金钢，部分用于成品件、驾驶舱的螺钉，材质为塑料，塑料螺钉的作用仅为连接，而选用塑料的原因，主要是塑料具有防腐蚀、质量轻的特点。

2.2具体分类

螺栓连接需要以飞机结构、受力方式为依据，确定连接方式。常见的连接方式，包括受力承剪、受力承拉、二者相结合三种。不同连接方式对应的螺栓，往往有所区别，受力承剪对应的螺栓为承剪螺栓，受力承拉对应的螺栓为承拉螺栓，二者相结合对应的螺栓为拉剪螺栓。在实际应用的过程中，设计人员又需要根据连接部位的特点，对具体连接方式加以确定，例如，普通连接，盲连接，密封连接。其中，盲连接经常被用于嵌入件、结构托板螺母，密封连接经常被用于客舱、整体油箱等，对密封具有较高要求的部位。實践证明，只有以实际情况为依据，确定连接紧固件的方式，才能充分发挥出所选用方式的积极作用。

2.3垫圈和螺母

适用于飞机结构的螺母，种类繁多，常见的螺母，包括自锁螺母、六角螺母等，只有以螺栓的需求为依据，对螺母进行选择，才能保证其作用得到应有的发挥。从理论上来说，螺母和螺栓在材质上应当保持一致，但是，在飞机飞行的过程中，螺栓的受力要远大于螺母，因此，在条件允许的前提下，设计人员可以对强度略低于螺栓的螺母加以应用[2]。常用的垫圈材质为钢制、合金，当然，还包括以弹簧垫圈为代表的功能垫圈，其作用主要是分散受力、防磨。

3发展趋势

现阶段，信息技术、数字化技术，已经被广泛应用在包括航空制造在内的诸多领域，设计、研究飞机紧固件时，自然需要对相关技术引起重视。基于信息技术、数字化技术所衍生出的紧固件设计技术，包括MBD技术、三维设计技术等，其中，MBD技术是指，通过分析紧固件的几何数据，建立相应模型的方式，对设计标准加以确定，使紧固件设计工作具有的准确性，得到强有力的保证。

研究表明，保证相关技术充分发挥自身作用的关键，即为建立起相应的设计系统，以BOM统计为例，该系统的作用，主要体现在三个方面：首先，统计并计算紧固件数量、重量;其次，预测在设计中紧固件的受力;最后，确定零件组合清单。由此可见，建立设计系统的目的，主要是提高设计效率，使设计更加统一、规范。

结论：综上所述，在对紧固件进行连接设计时，设计人员应综合考虑重量、功能、成本等因素，在保证零部件具备良好维护性、连接性的前提下，将材料与承力结构一致的紧固件作为首选，尽量避免由于材料不同，导致出现电化学腐蚀的情况发生。希望上文中讨论的内容，能够在某些方面为从事相关工作的人员提供帮助。

参考文献：

[1]王芳芳，黑东盛，赵嗣徽.基于飞机结构装配的紧固件连接设计研究[J].科技资讯，2019，17（22）：65-66.

[2]王华.飞机先进复合材料结构装配协调技术研究现状与发展趋势[J].航空制造技术，2018，61（07）：26-33.

作者简介：

侯博林，出生年月：1993年9月，性别：女，民族：汉，籍贯：陕西渭南，研究方向：航空宇航制造.