波音777飞机翼下纵梁改装的技术分析

张天骄

摘要：国内某航空公司一架波音777-300ER飞机在定检中执行波音服务通告机身翼下纵梁检查工作时发现临近STA 1035位置的一个紧固件孔有裂纹，根据适航指令要求，需要执行翼下纵梁改装工作。本文详细介绍了翼下纵梁产生裂纹的背景和原因，分析了施工方案以及改装过程中的关键技术和注意事项，可供航空公司和MRO参考。

关键词：波音777；裂纹；翼下纵梁；改装

Keywords：B777 aircraft；crack；underwing longeron；modification

0 引言

翼下縱梁位于中央翼与机身连接区域，连接中央翼下蒙皮与机身蒙皮结构，传递中央翼下表面与机身前部结构载荷。生产线号1～400的波音777飞机，翼下纵梁为组合拼装式结构，自生产线号401起，开始使用单片式机加型翼下纵梁。波音公司自2015年7月起已收到多起关于翼下纵梁裂纹的报告，均为这种单片式翼下纵梁。在第一起事件中，航空公司发现前货舱区域有燃油气味，排故中发现翼下纵梁在中央翼连接区域断裂。之后又收到多起裂纹报告，世界机队发现的最早出现裂纹的飞机为3784FC和31240FH。发生典型结构裂纹损伤的位置如图1所示。

1 故障描述及原因分析

1.1 故障描述

国内某航空公司一架波音777-300ER飞机在定检中执行波音服务通告机身翼下纵梁检查工作，在执行右侧纵梁超声检查时发现临近STA 1035位置一个紧固件孔有裂纹，裂纹长度0.2in，具体位置见图2，发现裂纹时的基本信息如表1所示。

1.2 原因分析

结合波音777飞机翼下纵梁裂纹的历史事件和本次的故障报告，详细分析了翼下纵梁产生裂纹的原因，以及可能造成的后果。

纵梁的断裂方式为疲劳断裂，裂纹产生于纵梁和大翼下蒙皮的接合面，稍微偏离紧固件孔。在纵梁下部的机身蒙皮上发现的裂纹与该位置紧固件施加的载荷有关。紧固件载荷传递、局部弯曲、紧固件孔冷拔过程中的表面形变等的相互作用使该区域出现应力集中，导致翼下纵梁过早出现疲劳断裂。

已经发现的裂纹可能导致翼下纵梁断裂，裂纹的扩展会使大翼下纵梁缘条产生裂纹。如果裂纹未被发现，将导致燃油渗漏到前货舱区域，增加火警风险或发生更多不安全事件，最终严重影响飞机的结构完整性和飞行安全。

根据适航指令要求，发现裂纹后可执行翼下纵梁更换工作或翼下纵梁改装工作。波音公司建议航空公司直接执行翼下纵梁改装工作。

该改装是波音777机型继STA246地板梁改装后的又一重大结构改装项目。

2 工程方案简介

针对翼下纵梁裂纹损伤，波音颁发的两份服务通告（SB）提供了两种解决方案，一是对该区域进行检查并在发现损伤后进行更换和重检，二是执行翼下纵梁改装。FAA/CAAC也已颁发适航指令，具体信息如下。

2.1 适航指令强制的翼下纵梁检查和视情更换

2019年6月，FAA和CAAC分别颁发新的适航指令AD2019-11-02/CAD2019-B777-03，替代了FAA和CAAC于2017年8月颁发的适航指令AD2017-16-10/ CAD2017-09-15，要求参考SB 777-53A0081对适用飞机进行翼下纵梁检查，若发现裂纹，更换原件号翼下纵梁，并后续进行重检。相关信息如表2所示。

2.2 SB777-53-0084翼下纵梁改装

波音对翼下纵梁进行了重新设计并颁发SB 777-53-0084。新设计在机身蒙皮区域增加一层机加型加强板，并对纵梁接头构型进行了更改。该方案是上述适航指令强制措施的等效替代方法（AMOC），可以终止上述SB 777-53A0081重检。改装工作包括：拆除原有纵梁接头，对机翼下蒙皮、前梁下缘条与机身环形缘条及机身下蒙皮进行详细、超声、表面高频和开孔高频涡流检查，并对机身蒙皮安装加强板，安装新型纵梁接头。相关信息如表3所示。

3 翼下纵梁改装关键技术分析

3.1 顶托方案的确认

在此项改装中，如果左右两侧同时施工，可参考波音在服务通告中提供的顶托方案（见图3）。该方案根据不同的飞机重量和重心位置进行顶托数据选择，但由于此项改装周期较长，一般会结合在定检工作中执行，涉及飞机和客舱相关部件的拆除工作。通过计算方法不能准确获得飞机重量和重心位置，对改装的安全产生影响。

北京飞机维修工程有限公司（Ameco）在执行改装工作中遇到上述问题，通过与厂家沟通讨论后，获得的解决方法是：根据AMM 07章测量顶点A/B/C三个顶托数据，计算获得飞机的重量和重心位置，再根据图3进行顶托数据选择。由于波音提供的重量和重心数值区间较小，计算后会出现重量与重心不能满足同一条件的情况，建议联系厂家对顶托数据进行修正。

3.2 改装中的结构检查

当完成原有翼下纵梁拆除工作后，需对机翼下蒙皮、机身蒙皮、下梁缘条和机身环形缘条执行详细、超声、表面高频涡流和开孔高频涡流检查，以确认检查区域和紧固件孔无裂纹和磨损损伤。

1）如果机身蒙皮发现裂纹，需按照改装图纸要求切除裂纹区域并安装填片。

2）如果下梁缘条发现裂纹，需按照SRM57-10-10执行修理。

3）如果发现其他损伤，可参考SRM相关章节允许损伤进行判定。

Ameco在执行改装过程中，在下梁缘条发现裂纹，根据SRM57-10-10执行修理。该修理需订购修理器材包，建議与改装器材包同时准备。

3.3 机身加强板的配孔

机身加强板位于翼下纵梁与机身蒙皮之间，为双曲度机加构型，其配孔安装是此项改装的主要工作之一。加强板的紧固件孔涉及新增孔和原有孔，大部分孔径为3/8in，其中新增孔带预制孔，如图4所示。

加强板在初始定位中，需特别考虑紧固件孔短边距和原有支架孔干涉，尤其重点关注前梁缘条区域原始紧固件孔的边距，该位置容易出现短边距缺陷，如图5所示。在配孔工作中，由于机身内部空间受限，紧固件孔径较大，蒙皮和加强板较厚，需使用导套等垂直限位工具，逐级加大，防止孔出现偏心等缺陷。

3.4 翼下纵梁的配孔

翼下纵梁连接机身蒙皮、蒙皮加强板和中央翼下蒙皮，为双曲度机加构型，与机身加强板和中央翼蒙皮进行贴合，其配孔安装工作为此项改装工作的重点。该件上的紧固件孔均需从机身蒙皮和中央翼下蒙皮的原孔翻至该件，如图6、图7所示。

在改装初期，Ameco曾考虑以旧纵梁的孔为基准，使用机床对新纵梁进行翻孔，但机床设备能力所限，无法定位基准面。若机加工能力允许，可以考虑使用旧纵梁对新纵梁进行翻孔，将会节省较大的停场时间。

翼下纵梁配孔的技巧和注意事项如下：

1）使用纵梁前后各预留的两个定位孔将纵梁定位。定位时需重点关注边距、旧孔距法兰边圆角距离和距铣切台阶距离。由于原孔定位后均需加大，确保加大后上述距离满足安装要求。

2）纵梁初始定位，确保纵梁与机身蒙皮和中央翼蒙皮之间的间隙满足要求，按需制作填片。

3）原纵梁安装时存在填片，可使用该填片作为模板对新纵梁翻孔，或制作翻孔模板。

4）翻孔中需使用尺寸正确的铰刀和合适的垂直限位工具，逐级加大，防止出现孔径偏心缺陷。

4 结论

1）波音777翼下纵梁改装是翼下纵梁裂纹重检的终止措施，是该损伤缺陷的最终解决方案。

2）该改装适用世界大部分在役的777飞机，改装工作量大，停场时间长，建议航空公司结合定检工作完成。目前，世界多家航空公司都在MRO中咨询此项改装的报价和周期，开发此项改装能力也可为MRO提供又一经济增长点。

3）本文详细介绍了翼下纵梁产生裂纹的事件背景并分析了裂纹产生的原因，介绍了施工方案以及改装过程中的关键技术和注意事项，可供航空公司和MRO参考。