波音737NG系列飞机平尾下蒙皮裂纹故障分析

2020-04-08张程远

航空维修与工程 2020年9期

关键词：裂纹

张程远

摘要：通过对波音737NG飞机平尾裂纹的故障分析，提出改进措施。以供同行在实际维护工作中参考。

关键词：水平安定面；裂纹；检查方法

Keywords：horizontal stabilizer；crack；inspection method

安全是民用航空永恒的主题，也是从业人孜孜以求的目标。2018年底到2019年初短短不到半年时间，波音737 MAX客机连续发生两起重大空难，中国民用航空局要求立即停飞国内航空公司所有波音737 MAX机型。在该机型全面停飞后，相当一部分的中短程飞行任务就落在了其上一代波音737NG系列机型肩上。随着运行频次的增加，保障和维护波音737NG系列飞机以使其安全稳定地投入运营显得尤为重要。

1 案例分析

2019年11月，两架波音737NG机型C检停场期间，在水平尾翼下翼面检查中发现在原有裂纹修理附近出现大量新裂纹。一架737-800客机左侧裂纹5处，右侧裂纹3处；另一架737-700客机左侧裂纹6处，右侧裂纹4处。就此情况Ameco发邮件问询波音工程部门，其建议依据波音737结构修理手册中55-10-01章的要求，将相邻的新旧裂纹合并一处进行B类修理并附加循环检查（见图1）。

排故结束后，波音回复的技术评估中有这样一段话“根据737结构修理手册51-00-04，受影响的下蒙皮属于FCBS（疲劳临界基准结构）、PSE（主要结构件），如果处理不当，将影响飞机的功能、结构强度、重量、平衡及其他影响飞机适航性的因素”，那么，如此重要的位置为何反复出现大量裂纹？

经过分析认为，首先是材料问题。从水平尾翼的功用来看，其对飞机产生俯仰力矩，在飞机水平飞行和做俯仰机动时承受相当的气动载荷。长期的疲劳载荷作用下会使结构产生疲劳损伤，进而出现裂纹。因此，对抗疲劳性有较高要求的下翼面蒙皮普遍使用2系铝合金。该系铝合金为铝铜合金，虽然较7系铝合金强度有所降低，但却有着良好的抗疲劳性。该型飞机平尾下蒙皮使用的正是2024T3状态的铝合金材料，但值得注意的是，蒙皮的厚度根据受力的不同而不同。以波音747型飞机为例，其机翼翼根部位的蒙皮厚度达到20.32mm，翼尖部位的厚度也有4mm。通过查阅手册和实际测量，却发现波音737NG系列飞机平尾下蒙皮的厚度仅为1.8mm，这使其在与翼肋结合的部位在长期受到气动载荷的作用下容易产生裂纹。

其次是检查的周期和级别。查阅根据波音MPD（维护计划文件）编写的高于其标准的MEP（维修执行计划），其中规定该部位首检时间为6C，重检间隔为4C。依据过往的数据，每一次C检的时间间隔大约在一年半左右，因此，手册标准明显是针对机龄10年以上的飞机设置的。虽然从裂纹的形成到其稳定扩展至临界尺寸进而快速断裂不是一蹴而就，需要一个损伤积累的时间，但对于频繁起降的中短程客机来说，10年这个周期明显过长，在此期间容易积累损伤而造成隐患。此外，该部位的检查等级为一般目视检查（GVI），其对外部结构的检查要求为“通过快速打开的接近盖板或门可进行目视检查的可视结构，应使用一定强度的光源，按需使用检查工具，如镜子等以及按需进行表面清洁和接近”。这一检查等级的标准与详细目视检查（DVI）、特别详细检查（SDI）、无损检测（NDT）相比显然过低，且明显不利于维护人员发现细微的裂纹。在之前的案例中，由于裂纹细微，肉眼很难确认其長度，使得维修人员不得不借助NDT手段才能进行最终确认。

2 建议与改进措施

综上所述，针对波音737NG系列飞机水平尾翼下翼面裂纹问题，总结两点建议：

1）对平尾蒙皮材料进行改进。复合材料具有比强度高、比刚度高等突出特点，且相较合金材料具有更好的抗疲劳特性（见图2）。用于飞机结构中的复合材料在保证安全的前提下还可以减轻结构重量20%～30%，即降低了飞机重量又提高了飞行性能。因此，复合材料在飞机上的应用比例逐步提高。空客A320机型已使用复合材料制造水平安定面，据查波音777机型的水平安定面也同样以复合材料代替合金。因此，对现有机型的水平安定面进行材料更换也是有可能实现的。

2）现实可行的方法是缩短检查周期、提升检查级别。此项检查工作的首检时间应设置为1C，重检间隔可缩短至每一个C检，而6C以后的大龄飞机更应缩短至A检，即每5个A检间隔就需对此部位进行检查。在周期长、技术支持全面的C检中，则应提升相应的检查级别，以无损检测的方法代替一般目视检查，以便及时发现细小损伤，排除隐患。