A380飞机鹅颈前缘改装分析

2021-02-01李忠礼

科技经济导刊 2021年2期

关键词：航材紧固件前缘

李忠礼，刘勇

（1.广州飞机维修工程有限公司，广东广州 510470；2.中国民航大学，天津 300300）

1.引言

A380飞机采用的尖端技术在一定程度上主要体现在采用轻质材料这个方面，使用了高强度碳纤维增强型复合材料（CFRC）[1]。仅碳纤维复合材料在飞机上的用量已达到32吨左右，占结构总重的15%[2]。

但A380飞机自投入运营之后，空客公司收到航空公司反馈回来的报告表明：飞机机翼内侧前缘襟翼（droop nose）鹅颈支架、肋间和面板末端支撑组件区域有裂纹，如图1所示。

初步调查结果表明受影响的鹅颈支架承受了超预期的载荷水平和应力峰值[4]。这种状况如不被发现和纠正，将导致前缘襟翼面板在空中分离，并可能造成地面人员伤亡。同时，机翼前缘装置属于增升装置，如果该部件故障会严重影响飞机起降的安全性[5]。为解决这种潜在的不安全状况，空客公司发布服务通告（SBA380-57-8087）要求对机翼内侧外部固定前沿前部肋间区域和鹅颈支架进行检查和修理作为改善型过渡修理，修理前后如图2所示。

图1 鹅颈支架和横梁裂纹[3]

图2 过渡方案中鹅颈支架组件改装前后

由于执行上述SB对于该损伤不是永久解决方案，如要永久解决该问题，需要执行全寿命的重大改装。

2.A380飞机鹅颈前缘改装特点分析

飞机的改装工作要么为了满足安全与适航的要求，要么是为了满足航空公司和旅客的个性化需求[6]，A380飞机鹅颈前缘改装显然是属于前者。每个加改装项目的设计与实施实质上是一项涉及专业航空技术的工程管理[7]。

飞机改装鹅颈前缘改装工作包括以下内容：驱动肋（the Drive Ribs）位置处前次梁（front sub spar）的加强；用新的钛合金紧固件更换斜肋（the Slant Rib）上紧固件；更换两个新的肋条（Riblets）；更换封严平台（the Seal Landings）和盖板平台（Panel Landings）；更换前后横梁（Intercostals）和它们的夹子（Cleats）和支架（brackets）；更换封严板（the Seal Panels）；更换鹅颈支架（the Goose-neck brackets）；更换上横梁（Intercostal）处几个夹子（Cleats），改装前后结构如图3所示。

图3 鹅颈前缘改装前后

由于该改装工作量巨大，精度要求高，因此一般结合飞机的6年检进行，该改装工作有以下特点：

2.1 工作量大

根据空客发布的SB历时40多个工作日，编写的工程指令（EO）总页数达1382页，相当于27份平时一般的EO（50页）。而完成该改装工时需要5666.35小时，相当于一架C检飞机停场12天的工作量。

2.2 定位要求精确

A380 号称空中巨无霸，两翼之间将近80米，该改装在大翼一侧前缘工作区域跨度就达12米，桁架结构为主[8]，如图4所示。这就导致了改装换件时，必须保证拆下相关零件时，大翼上的其他零件不能错位。一旦错位，误差累积，将会导致有些零件更换安装不上去，最终改装失败。因此，改装拆除零件前，必须严格按照要求，牢固精准定位，施工期间，严禁任何人擅自变动定位工夹具，如图5所示。

图4 A380飞机大翼前缘

图5 改装定位

2.3 工序复杂

虽然主要有8项更换工作，但是由于涉及桁架结构上下、前后各个部位，有相邻的，有间隔的。这就不像一般简单改装，在一个区域同时拆下、修理或改装后，安装后就可以了。而改装这8项工作必须依次进行，不能安排多人同时开工，需要严格按照工序要求进行。否则，可能由于拆件过多，导致前缘承受应力过大，进而零件紧固件孔错位。如果错位铰孔，然后用紧固件安装改装件，就会使得零件存在预应力，加速疲劳裂纹的产生，最终产生安全隐患。

2.4 工艺要求高

该改装工作涉及如下工艺：紧固件拆装；紧固件钻孔、引孔；紧固件孔划埋头窝；紧固件孔间距和边距要求；紧固件孔冷拔；金属结构切割；表面保护处理；表面漆层防护；密封胶工艺。

由于结构件承载着复杂多变的气动力、重力等多方外力，它的施工工艺质量将大大影响着结构件的抗剪、抗拉、抗扭承载能力，影响着抗疲劳能力和抗腐蚀能力。其中，钻孔或引孔、铰孔和冷拔工艺尤为重要。

相对于飞机制造过程中结构件钻孔来说，飞机维修/改装过程中的钻孔/引孔，对技术工人的手艺水平要求更高。因为飞机维修/改装时，改装件在飞机上的配合件都有旧孔，需要从旧孔方向在新件上引出新孔，这就要求既不能使旧孔损坏或加大，也不能使新件的新孔钻歪、钻斜，并要求新孔边距符合工艺要求。

冷拔紧固件孔也要严格按要求使用合适的冷拔工具按规范施工。否则，或损坏紧固件孔，或挤压力度不够，达不到抗疲劳要求，裂纹提前发生，潜在安全隐患也提早出现。

2.5 航材包，工具包数量庞大

该改装包含51个改装包，15个特殊工具包。

51个改装包含将近1200项航材，将近上万件零件。对于航材部门配送有一定的压力，但，对于一线使用部门特别金工专业现场航材清点、分类整理、保管，提出了更高的要求，必须保证万无一失，才能保证改装开工实施后高效、连续不停的完成计划要求。

15个特殊工具包也是同样要求，工具包更需要提前组装校验，模拟使用训练，才不至于开工后才研究如何使用，耽误工期。

3.A380飞机鹅颈前缘改装过程实施

3.1 顶升飞机

该改装开工前，需要飞机按技术要求进行零应力顶升。顶升过程按照标准施工流程没有什么难度，只要严格执行即可。但是，因为飞机顶起状态贯穿六年检的整个C检周期，如果飞机顶起后起落架轮轴的检查以及其他区域的梯架接近问题，同时为了保证飞机的稳定性，禁止拆装大部件，就会影响和制约着飞机的客舱设备的拆装搬运，而飞机处于空中构型，飞机的通电需要对相关系统都要做限动措施，这又影响飞机的通电测试。

鉴于此，综合全局考虑后，在前期拆卸搬运客舱设备的阶段，安排机电先拆下两边大翼前缘的襟翼和一些接近盖板，待客舱设备拆卸搬运完后，再将飞机顶起在空中状态，以满足这份EO的要求。但考虑到其他区域的梯架接近问题，以及起落架轮轴套的检查工作的同步执行，经工程评估后，又将飞机5个起落架减震支柱内的氮气全部放掉，再降低飞机高度到顶飞机之前的高度，这时的飞机还是受力在三个主千斤顶上，这样既满足了EO的改装需要，又满足了起落架轮轴套的检查，以及其他各区域的梯架接近问题，缩短了生产工期。

3.2 施工过程

改装前根据施工流程制作了流程看板，如图6所示，方便现场施工的金工技师们了解整个改装工作的大体步骤，也便于清楚施工进度情况。对于该重大项目特意安排了骨干力量负责关键位置关键改装的工作，要求严格按照EO步骤和工艺要求进行，发现问题、损伤或疑问、不清楚事项必须要及时上报生产控制和结构工程师，按照生产流程进行相应处理，保证生产安全和质量。现场严格执行5S管理，拆下零部件必须挂牌，分类分层摆放。工具严格执行三清点，工作区域每天工作结束后要清扫工作区域，工具，接近平台要摆放有序。

施工前，结构车间项目负责人为了便于阅读理解和信息系统梳理，把EO、标准施工手册及图纸按工序前后和区域细分了八组内容。分别是后梁更换；上方夹子更换；2#肋腹板加强及上缘紧固件更换；前梁和前梁分布板更换；前梁封严盖板更换；4#铰链肋封闭肋区域；封严平台更换；盖板底座定位引孔安装。通过分组，可以清晰地理解工卡，为后续工作实现条理，有序，高效提供基础保障。

对于大量的航材和改装包，设立了专门的存放区。按之前工卡分组的内容，对拆下部件和改装包分区域，分组别存放。对应图纸代号和工卡件号把每个小改装包做标识、列表，做到要用就能找到的要求定位摆放，目的是提高效率和减少差错。

施工后，由于空客厂家只提供了几支撑杆作定位工具，而工作过程中不同区域人员需要来回穿插，很容易对定位工具产生松动和位移的影响，为了保证部件支架梁在整个改装过程都必须在位，优化了施工流程。前梁和封严盖板不能同时拆卸更换，先换下前梁再换封严盖板，而且更换过程中也要保证间隔更换。

第一组后梁更换工作：后梁的安装方式改变很大，从原来的固定梁改为能左右小范围移动的活动梁。工卡图纸给出了安装要求和间隙公差。为了实现技术要求，保证精度，创新的使用了千层板，通过千层板的厚度来定位后梁的间隙。

图6 改装流程图

第二组上方夹子更换：夹子在位引孔空间不够，如果放在平台上不在位引孔，又存在夹子角度小于90度而没法保证相对应孔的垂直精度。通过反复研究图纸，得出相邻两个一起安装的夹子，其中所连接的两条横梁是在同一平面上的，鉴于这一理论，研究制作了一个与本体梁实物一致的引孔模板，解决了夹子不在位引孔而存在的垂直精度问题。

第三组2#肋腹板加强：需要在2#肋前缘腹板上加装一块加强补片，并且改装包里的加强补片已经有引导小孔。由于前缘和腹板间有一个夹角，加强板安装在腹板前面时最上面的四个导引孔由于空间问题用不了工具从前往后来引孔，只能想办法从后往前钻。但是，如何保证从后往前钻的时候能跟加强板上本来就已经存在的导引孔完全吻合呢？先从加强板上通过已钻出的其他基准孔，把导引孔复制在辅助引板上，然后辅助板修整到合适的尺寸，用原来的基准孔把辅助板定位在前梁腹板的后面，在辅助板上改成从后往前钻出最上面的四个孔，从而解决了该难题。

第四组前梁更换：不能一次全部拆卸完，要间隔拆换，完成前梁更换才能接下来更换第五组的封严盖板与第六组的4#铰链封闭肋区域的改装。更换封严盖板和4#铰链封闭肋区域的改装是整个改装中工作量最大，涉及航材最多的一组。是否高效保质完成会直接影响到整个改装进度周期，工卡要求先安装封严盖板（每块封严盖板平均有1平方米大），再装配盖板上的加强梁，盖板完全覆盖住下面的接近位置，加强梁的定位装配就只能从侧面接近，这样就会导致加强梁施工空间不大，施工难度增加，但是加强梁又必须使用封严盖板来做基准定位。为了保质保量，提高效率，以免影响改装周期。对照图纸手册，反复研究工卡，发现每根加强梁都是垂直于前梁的连接固定支架，这样寻找到可行的施工方法，把加强梁用角尺以连接固定支架做基准，让加强梁垂直它，然后再做一块比封严盖板小的辅助定位板，用于定位加强梁的水平位置，这样不需要装上封严盖板也能准确安装加强梁，优化了施工接近，减少了工作量，提高了效率和施工质量。

第七组封严平台的更换：这个工作对每块板的对接间隙要求很高，板与板之间的间隙直接影响到封严平台与前梁分布板的紧固件安装，所以使用了与前梁定位一样的方法，用千层板控制板与板之间的间隙。

最后大翼盖板底座的引孔和安装：这个工作厂家提供了一套引孔模板，同样也是一项工作量大，需要保证钻孔质量和精度，不能出差错的工作。

3.3 超规范修理

对于超规范修理的项目，根据局方对超规范修理方案的审批流程进行批准后再进行[9]。航空器营运人一般会向厂家索取修理方案，并在修理完成之后获得局方委任代表的批准[10]。如：右大翼在改装过程中有5处紧固件孔高频涡流检查后发现有疲劳裂纹，结构工程师立即制定修理方案报空客评估，批准后及时实施完成，保证了改装工作的顺利完成。