进气道蒙皮鼓动处理方案

刘秋娥

摘要：对进气道蒙皮鼓动发生及转移现象进行分析，给出鼓动发生和转移的根本原因及解决措施，从源头遏制了进气道蒙皮鼓动的出现。本措施经多架机验证后已正式在飞机上贯彻执行。

关键词：薄蒙皮铆接结构；装配应力；蒙皮鼓动；转移；中心法铆接

Keywords：thin skin riveted construction；assembly stress；skin bulge；transferred；center riveting

0 引言

进气道因其受力较小而外形复杂，一般结构形式为薄蒙皮铆接结构。飞机在进气道装配过程中，屡次出现蒙皮鼓动及鼓动转移现象。若采用传统方法排除鼓动，即在鼓动处增加鼓动条，势必将鼓动转化为内应力，铆钉拉应力增加，铆钉断裂或蒙皮裂纹的可能性增大。因进气道处于发动机口进气段，铆钉或蒙皮裂片可能直接被吸入发动机，造成发动机叶片损伤甚至出现发动机毁坏等安全事故，对飞行安全造成较大隐患。因此，当进气道蒙皮出现鼓动时，设计及工艺人员往往要在现场进行分析，以制定合理的解决方案，排除鼓动。对装配应力特别大的进气道蒙皮鼓动，甚至出现更换整张蒙皮来排除鼓动的情况，花费了大量的人力、物力和财力。所以，迫切需要探究鼓动发生及转移的机理，制定合理的解决方案，从根本上遏制鼓动的发生及转移。

1 蒙皮鼓动的定义

薄蒙皮结构铆接完成后，如果用手指轻按蒙皮，会出现上下颤动的现象并伴有响声，这种现象叫做鼓动。蒙皮鼓动区域带有较大的装配应力，进气道蒙皮鼓动一经发现必须排除。蒙皮鼓动与蒙皮松动不同，如果目视蒙皮凹陷或凸起，用手指轻按蒙皮，出现颤动现象但无响声，这种现象叫做松动。因为钣金件的制造公差及铆接时蒙皮变形等问题的存在，蒙皮松动时有发生。蒙皮松动应力较小，可根据实际情况决定是否需要进一步处理。

2 鼓动出现、重现及转移的原因

以蒙皮鼓动发生、重现和转移为顶事件，列出如图1所示的故障树，对编号的底事件逐一进行分析。

2.1 底事件1：来料偏薄

故障蒙皮所使用材料为2A12-δ1.2-GJB 6470。现场对故障蒙皮厚度进行检测，蒙皮厚度在1.1～1.2mm之间，符合GJB6470有关规定“材料厚度>1.0～1.2mm时，厚度允许偏差-0.15mm”。同时，检查鼓动蒙皮所使用铝板的材料入厂复验记录，材料厚度合格。因此，该底事件排除。

2.2 底事件2：零件超差

现场随机抽取3件零件进行质量复查。用拉伸成形模（检验模）检查零件贴胎情况，零件贴胎满足相关文件要求。同时，对拉伸模及样板进行符合性检查，拉伸模与样板外形符合，样板符合设计要求。因此，该底事件可以排除。

2.3 底事件3：零件加工固有缺陷

进气道鼓动部位蒙皮为双曲度蒙皮，工艺成形采用蒙皮拉伸成形，拉伸成形模为阳模，拉伸成形方法导致蒙皮比理论型面肥大，检验时施加一定的力在一定范围内贴胎为合格。但因蒙皮成形方法存在固有缺陷，在自由状态下，蒙皮边缘与成形模之间的间隙最大达5mm。因此，该底事件不能排除。

2.4 底事件4：铆接顺序不合理

为防止大而薄的蒙皮铆接变形，产生松动或鼓动，铆接时一般采用中心铆接法（见图2）。

对进气道装配指令进行检查，装配指令中对铆接顺序有明确规定，采用的是从前到后依次铆接法进行铆接（见图3），對生产现场进气道蒙皮铆接进行跟踪检查，铆接符合装配指令要求。

采用从前到后依次铆接法进行铆接，薄蒙皮因铆接引起的变形和应力会集中在蒙皮中部靠后区域，容易引起鼓动。因此，该底事件不能排除。

2.5 底事件5：强迫装配

现场对进气道蒙皮铆接进行跟踪检查时发现，当蒙皮铆接进行到一定阶段时，薄蒙皮的铆接变形使得后铆接区域的蒙皮与骨架无法贴合，存在强迫装配情况，当装配应力达到一定级别时，鼓动出现。因此，该底事件不能排除。

2.6 底事件6：不同工序进气道安装顺序的变化

在进气道装配过程中，当鼓动出现时，装配厂会采取一些措施进行排除，如在鼓动蒙皮周围隔框及长桁下增加垫片，但因此而产生的装配应力并未消除。查看相应工艺文件并对现场进气道在机体上的安装进行跟踪时发现，进气道在装配厂装机后交付给总装厂，总装厂因为安装系统管道等原因需将气道拆下，安装完系统管道后再重新装配。此时，气道安装螺栓的装配顺序与装配厂不同，加之安装发动机、外翼等部件，使得进气道载荷变化，导致在自然状态（架外装配）下排除的鼓动进一步出现，表现为鼓动重现或转移。因此，该底事件不能排除。

2.7 底事件7：刚度较弱

受结构形式所限，进气道与机身连接区无隔框加强，刚度相对其他区域较弱（见图4），薄蒙皮铆接的装配应力达到一定级别时，刚度较弱区域蒙皮最易产生鼓动。这与现场情况吻合。因此，该底事件不能排除。

2.8 底事件8：蒙皮尺寸较大

进气道蒙皮分为左右2块，在进气道轴线位置处对接，蒙皮尺寸较大，展开尺寸为长4100mm，宽1250mm，薄蒙皮因铆接变形而引起的装配应力无法释放，容易产生鼓动。因此，该底事件不能排除。

3 鼓动解决方法

根据以上对底事件的逐一分析可知，除底事件3因现阶段针对尺寸较大的双曲度蒙皮只能采用拉伸成形法而无法改进外，其余对鼓动的产生有影响的底事件皆可通过制造工艺和设计的改进来减小或消除其影响。

3.1 工艺方法改进

1）调整铆接顺序（针对底事件4的改进）

调整蒙皮和隔框的铆接顺序，将原来从前向后依次铆接法改为中心法铆接法，即从中间位置的隔框向四周铆接，减小薄蒙皮铆接时的装配应力。

2）蒙皮与隔框间隙控制（针对底事件5的改进）

严格控制蒙皮与隔框间隙。隔框定位后，如蒙皮与隔框的间隙大于0.3mm，在隔框与蒙皮之间按设计要求加垫（不大于1mm）以排除间隙。

3）更改螺栓安装顺序（针对底事件6的改进）

装配厂更改气道与机体连接螺栓的安装顺序，使螺栓安装顺序与总装厂气道拆卸后重新安装时的順序一致，减少气道因螺栓安装顺序不同带来的应力重新分配问题。

3.2 设计改进方案

1）增加局部刚度（针对底事件7的改进）

a. 在刚度薄弱区域增加角材

在气道刚度薄弱区域增加角材，以增加气道局部区域刚度，角材在隔框处制造下陷，且按隔框进行分段。此方案不用更改现有工装，不用新制工装，成本低，周期短，还可以有效增加鼓动部位的结构刚度，如图5所示。

b.在刚度薄弱区增加整根长桁

在刚度薄弱区域增加整根长桁，长桁形式为板弯件。隔框角材制造下陷，下陷区搭在板弯件长桁上，与内蒙皮铆接。如图6所示。此方案可增加鼓动区域局部刚度。但长桁板弯件的制造需新制工装，周期长，成本高。

c.在刚度薄弱区域增加垫板

在气道刚度薄弱区域的平直段增加δ0.8mm的垫板，以提升此段蒙皮刚度。增加垫板后，蒙皮刚度变化不大，且原隔板角材外形变化需新制工装，周期长，成本高。

综上所述，最终选择在刚度薄弱区增加角材的方法来增加鼓动区域的局部刚度，抑制鼓动的产生。

2）蒙皮分块（针对底事件8的改进）

增加蒙皮分块，若工艺方法得当，可释放部分蒙皮铆接变形产生的装配应力，对抑制鼓动的产生有一定作用。但进气道蒙皮对缝间隙要求小于0.5mm，原装配工艺采用修蒙皮、蒙皮对接、蒙皮与隔框连接的装配顺序，保证了间隙要求。因此，蒙皮分块对抑制鼓动的产生不起作用。

3.3 完成装配的进气道鼓动处理方案

鼓动高度在3mm以下时，增加鼓动条。鼓动条不能按传统方式直接进行铆接，必须按鼓动外形修形，以避免重新产生装配应力及鼓动窜位。同时，鼓动条增加了鼓动区域的刚度，避免此处出现因鼓动引起的蒙皮高频振动而对飞机产生不利影响。

鼓动高度大于3mm时，需要根据实际情况对蒙皮进行挖补或更换处理。

4 验证

5目前，已在多架飞机上完成了以上设计及工艺的更改和验证工作，这些飞机在进气道装配、总装拆装进气道过程中未再出现进气道蒙皮鼓动现象。正式装机后，进气道蒙皮至今未出现鼓动现象。

改进工艺方法、在进气道刚度薄弱区分段增加型材等措施的实施，可有效遏制进气道蒙皮鼓动的发生，降低维修成本，保证飞行安全。

参考文献

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