飛機(jī)結(jié)構(gòu)概述

飛機(jī)結(jié)構(gòu)概述結(jié)構(gòu)修理

金屬結(jié)構(gòu)的高級修理

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理金屬結(jié)構(gòu)的高級修理

設(shè)計

負(fù)載

材料

緊固件

接頭

耐久性修理方案

設(shè)計—設(shè)計目標(biāo)設(shè)計飛機(jī)的基本原則就是用最好的材料、設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)造出高品質(zhì)的飛機(jī)。因此飛機(jī)設(shè)計者設(shè)計飛機(jī)的目標(biāo)是：—安全—長的使用壽命—最小的重量—易于維護(hù)飛機(jī)設(shè)計者的主要也是最重要的工作就是使飛機(jī)擁有最小的重量，最大的安全。安全飛機(jī)在它的整個使用時間內(nèi)要承受各種負(fù)載，負(fù)載嚴(yán)重影響飛機(jī)安全，因此在設(shè)計時首先考慮。飛機(jī)承受的負(fù)載分為：a.地面負(fù)載b.飛行負(fù)載c.不確定損傷d.沖擊損傷。長的使用壽命飛機(jī)被設(shè)計的經(jīng)濟(jì)使用壽命是20年，飛機(jī)的使用壽命是維護(hù)和操作過程的復(fù)合結(jié)果。最小的重量為使飛機(jī)擁有很好的經(jīng)濟(jì)性，必須使飛機(jī)有最小的重量。飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量相當(dāng)可觀，大約占空載重量的60%，設(shè)計者采用高強(qiáng)度的材料來降低結(jié)構(gòu)重量，并使結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足：a.靜強(qiáng)度的要求b.疲勞強(qiáng)度的要求c.損傷容限的要求d.抗腐蝕的要求。易于維護(hù)飛機(jī)的利用率指飛機(jī)每天在空中的時間，利用率是飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性的重要因素，而提高飛機(jī)利用率的關(guān)鍵就是維護(hù)。飛機(jī)易于維護(hù)應(yīng)考慮的因素有：a.服務(wù)b.部件接近c.適于維護(hù)d.維護(hù)成本e.檢查f.修理。設(shè)計—設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)飛機(jī)的最主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)就是美國政府頒布的FAR第25部，這是制造商必須遵守的文件。其它還要考慮外國飛機(jī)制造管理部門的要求，航空公司的要求，波音/空客的要求。負(fù)載

飛機(jī)主要受到的兩種外部負(fù)載是飛行負(fù)載和地面負(fù)載，可以用負(fù)載因數(shù)來表示這兩種負(fù)載的作用。無量綱負(fù)載因數(shù)是慣性加速度因數(shù)，表示飛機(jī)加速度與重力加速度的比例關(guān)系，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析中起重要作用。負(fù)載因數(shù)（N）=飛機(jī)加速度（a）/重力加速度（g）+1飛行負(fù)載分機(jī)動負(fù)載和突風(fēng)負(fù)載；地面負(fù)載分著陸負(fù)載，運載和地面支撐負(fù)載。負(fù)載—外部負(fù)載

飛機(jī)的外部負(fù)載確定后，工程師通過飛機(jī)負(fù)載圖設(shè)計飛機(jī)的結(jié)構(gòu)。飛機(jī)結(jié)構(gòu)受到軸向負(fù)載、剪切負(fù)載、彎距。機(jī)身結(jié)構(gòu)、地板梁、機(jī)翼梁、機(jī)翼和機(jī)身蒙皮承受飛機(jī)所受到的各種負(fù)載，因此為保證安全，在飛機(jī)設(shè)計和修理時必須詳細(xì)計算結(jié)構(gòu)部件所受到的力。負(fù)載—典型結(jié)構(gòu)飛機(jī)結(jié)構(gòu)被分為四個基本的組成部分：機(jī)翼、機(jī)身、尾翼、起落架。材料鋁合金的應(yīng)用

鈦合金的應(yīng)用

鋼應(yīng)用

材料—鋁合金的應(yīng)用

鋁合金大約占飛機(jī)基本結(jié)構(gòu)重量的80%。鋁合金同鋼和鈦合金相比具有易于加工和成型的特點，但被應(yīng)用到飛機(jī)上需要進(jìn)行防腐處理，a.阿洛酊或進(jìn)行化學(xué)陽極化處理產(chǎn)生氧化物保護(hù)層，b.應(yīng)用防腐涂層。為了提高鋁合金的強(qiáng)度和剛度，使其能作為受力結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用，在鋁中加入一定量的合金元素使其合金化，這樣就可以得到一系列性能各異的合金。表一材料應(yīng)用合金用途主要應(yīng)用應(yīng)用原理2024-T3板材型材機(jī)翼下表面水平安定面上表面高疲勞和斷裂，良好拉伸強(qiáng)度和抗腐蝕特性7178/7075-T6板材型材機(jī)翼上表面水平安定面下表面高壓縮屈服強(qiáng)度，良好疲勞、斷裂和腐蝕特性2024-T3薄板機(jī)身蒙皮高疲勞和斷裂，良好拉伸、壓縮、剪切和腐蝕特性7075-T6板材型材垂直安定面高拉伸壓縮剪切，良好和疲勞斷裂腐蝕特性7178/7075-T6型材龍骨梁、絎條梁高壓縮強(qiáng)度，良好疲勞、斷裂和腐蝕特性7075-T73鍛件型材機(jī)翼機(jī)身隔框倒流板優(yōu)良的抗應(yīng)力和剝離腐蝕和良好的強(qiáng)度、疲勞、斷裂特性材料—鈦合金的應(yīng)用

鈦合金即作為結(jié)構(gòu)材料又用作非結(jié)構(gòu)材料，鈦合金被應(yīng)用主要因為以下原因：—優(yōu)良的抗腐蝕性—高強(qiáng)度—小密度—高溫穩(wěn)定性—緩解空間限制—與其它材料相適應(yīng)材料—鈦合金的應(yīng)用

鈦合金具有非常好的抗腐蝕性能，并且密度比鋼小大約40%，同樣強(qiáng)度條件下鈦合金更輕，因此通常情況下應(yīng)用鈦合金而不用鋼。在下列情況下鈦合金被用來代替鋁合金：—高溫穩(wěn)定性被要求—鋁合金結(jié)構(gòu)件太大而鈦合金結(jié)構(gòu)件合適—因為腐蝕原因鋁合金不能和其它材料相接觸材料—鈦合金的應(yīng)用

鈦合金在飛機(jī)上主要被用作a.液壓管b.彈簧c.導(dǎo)流班（結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)）d.高壓管e.緊固件。材料—鋼應(yīng)用

飛機(jī)上大約12—16%的基本結(jié)構(gòu)使用合金鋼和不銹鋼，高的強(qiáng)度和彈性模量是高強(qiáng)度鋼的主要優(yōu)點。通常被用在起落架，發(fā)動機(jī)架接頭，襟翼劃軌等部位。緊固件

對飛機(jī)設(shè)計者和結(jié)構(gòu)修理工程師來說，正確的選擇緊固件和應(yīng)用正確的鎖緊方式是一向非常重要的工作。緊固件得選用和安裝應(yīng)遵守結(jié)構(gòu)修理手冊和飛機(jī)生產(chǎn)廠文件，而且不能違反飛機(jī)管理部門意見(FAA、DOT、CAAetc.)。緊固件

緊固件分為兩類：

永久性緊固件可拆除緊固件永久性緊固件是指不損壞一個或幾個緊固件單元就不能拆除的緊固件包括：鉚釘、鎖螺栓、高鎖釘、盲螺栓和特殊用途緊固件可拆除緊固件是指不損壞一個或幾個緊固件單元就可以拆除的緊固件包括：螺栓、螺桿、螺帽、墊片和特殊用途緊固件。表二緊固件應(yīng)用結(jié)構(gòu)材料緊固件材料緊固件要求合金鋼，鋁合金+鋼合金鋼鍍鎘或滲鋁不銹鋼鍍鎘鈦合金滲鋁鋁合金+鈦合金合金鋼滲鋁不銹鋼滲鋁鈦合金滲鋁鋁合金鋁合金陽極化合金鋼鍍鎘或滲鋁不銹鋼鍍鎘或滲鋁鈦合金滲鋁鎂合金5052鋁合金陽極化除鈦合金外的任何材料H-11合金鋼鍍鎳—鎘并濕裝或滲鋁鈦合金，不銹鋼不銹鋼鈍化鈦合金氟化或滲鋁復(fù)合材料/鋁鈦合金

不銹鋼滲鋁接頭

主要接頭

失效模式

緊固件選用

緊固件安裝

主要接頭

機(jī)身蒙皮與長絎接頭—由指型板，外搭接帶，內(nèi)I型絎條。指型板降低末端緊固件的峰值負(fù)載，使尖端緊固件易于檢查，并提高接頭的耐久性。外搭接帶形成雙剪載荷，受力均勻。主要接頭隔框角片—是隔框和機(jī)身蒙皮、長絎、搭接帶之間的剪切帶，承受剪力。主要接頭隔框與地板梁接頭—通過地板梁支架將負(fù)載傳遞到隔框，承受地板梁傳來的拉力和垂直剪力。主要接頭

機(jī)翼與機(jī)身接頭—是飛機(jī)上承載最高的接頭，因為安全原因不是單一構(gòu)件的接頭而是有多個角片和接頭復(fù)合而成。其傳遞的兩種主要負(fù)載是：翼梁傳遞的剪切負(fù)載，機(jī)翼蒙皮傳遞的翼展負(fù)載。接頭—失效模式飛機(jī)的失效模式被分為5類：凈拉伸失效—沿受力的垂直方向，板在連接緊固件之間失效。剪切失效—沿傳力的方向，兩平行的板其中之一發(fā)生失效。承載失效—在板的最大負(fù)載作用下緊固件孔變形。緊固件剪切失效—在負(fù)載作用下緊固件桿被剪斷。傳遞失效—所有其它的失效。接頭—緊固件選用

根據(jù)MIL—HDBK—5為滿足接頭撕裂強(qiáng)度，緊固件剪切，和凈拉伸的要求，緊固件的應(yīng)用必須遵循下列原則：—緊固件為實心—緊固件必須被突出—如果緊固件是螺栓，必須用剪切突頭—板厚和緊固件的直徑比大于或等于0.18接頭—緊固件選用加大緊固件經(jīng)常被用在飛機(jī)修理過程中，可以去除緊固將孔的損傷，使修理后緊固件與原有緊固件有相同的配合度，并提供負(fù)載傳遞路徑。表三緊固件過尺寸原有緊固件修理緊固件過尺寸鉚釘鉚釘相同直徑鉚釘高鎖釘、鎖螺栓1/32過尺寸高鎖釘、鎖螺栓高鎖釘、鎖螺栓1/64過尺寸接頭—緊固件安裝

緊固件邊距（EM）被定義為從緊固件中心到板的最近邊的距離。結(jié)構(gòu)修理手冊要求的標(biāo)準(zhǔn)邊距為2D±0.05in（D=緊固件直徑）并建議使用標(biāo)準(zhǔn)孔徑。接頭—緊固件安裝但在修理時受空間的限制，不總能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)邊距的要求，必須用小邊距進(jìn)行修理。用小邊距進(jìn)行修理必須遵守FAA規(guī)定和手冊所要求的原則，通用原則為：接頭不疲勞破壞接頭疲勞破壞邊距與加載路徑平行接頭不疲勞破壞—EM≥1.5D:可接受。—1D≤EM<1.5D：可接受，當(dāng)少于兩個緊固件被影響并且每側(cè)僅兩個緊固件被過尺寸?！狤M<1D：不可接受，緊固件孔必須被去除并安裝加強(qiáng)板。—進(jìn)行凈拉伸檢查。接頭疲勞破壞—EM≥1.5D:可接受，緊固件孔必須被冷作硬化和噴射硬化?！狤M<1.5D：不可接受，緊固件孔必須被去除并安裝加強(qiáng)板?！M(jìn)行凈拉伸檢查。邊距與加載路徑平行—EM≥1.7D:直接應(yīng)用接頭許用表?！?.5D≤EM<1.7D：進(jìn)行實際應(yīng)力計算?！?D≤EM<1.5D：進(jìn)行剪斷檢查。—EM<1D：不可接受，緊固件孔必須被去除并安裝加強(qiáng)板。緊固件的間距與飛機(jī)結(jié)構(gòu)的密封性緊固件的間距影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)的密封性，在進(jìn)行修理時必修嚴(yán)格按手冊規(guī)定的間距進(jìn)行修理。緊固件的間距可以在手冊中查表得到，如果手冊不能提供應(yīng)按15倍板厚或6倍緊固件直徑進(jìn)行計算。結(jié)構(gòu)油箱要求完全密封，因此對其緊固件間距有特殊要求：緊固件的間距與飛機(jī)結(jié)構(gòu)的密封性—交錯排列的鉚釘最大間距不超過10倍所連接的最薄板厚度?！诲e排列的螺栓最大間距不超過4.50倍緊固件直徑或10倍所連接的最薄板厚度。—固定油箱腹板的鉚釘最大間距不超過15倍所連接的最厚板厚度?！潭ㄓ拖淞旱你T釘最大間距不超過6倍緊固件直徑或10倍所連接的最薄板厚度?！３肿钚?.5倍緊固件直徑的行距?！T釘墩頭在油箱側(cè)?！i螺栓和高鎖釘突頭在油箱側(cè)。緊固件最小行距為了避免連接緊固件之間材料的剪切和撕裂破壞，應(yīng)使緊固件之間保持足夠的間距，一般情況下緊固件的最小行距為3倍緊固件直徑。耐久性

耐久性是飛機(jī)或修補抵抗裂紋、腐蝕和其它不利因素的能力。飛機(jī)耐久性的主要考慮方面就是抗疲勞、防腐、損傷容限。耐久性—防腐耐久性—抗疲勞

耐久性—抗疲勞

飛機(jī)在潮濕和海洋性環(huán)境中飛行發(fā)生腐蝕，腐蝕是航空公司領(lǐng)導(dǎo)和維護(hù)人員主要關(guān)心的問題，應(yīng)該盡早發(fā)現(xiàn)及時處理。防腐是進(jìn)行結(jié)構(gòu)修理一向基本而且必須的工作，進(jìn)行結(jié)構(gòu)修理必修做以下的基本工作：—完成鋁合金修理時必修在工作表面涂阿洛酊和一層底漆?！惭b修理件必修濕裝，在所有止動孔添膠。—完成鋼件的修理時必修鍍鎘和兩層底漆，第一層底漆再干后涂第二層。—合理地應(yīng)用密封膠完成修理。耐久性—抗疲勞

抗疲勞對延長飛機(jī)的使用壽命起著至關(guān)重要的作用，一旦飛機(jī)的設(shè)計原則和外部負(fù)載確定后，我們可以通過改變結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)延長飛機(jī)壽命。通過選擇合適的應(yīng)力水平、設(shè)計細(xì)節(jié)和材料能提高抗疲勞能力。飛機(jī)是有許多結(jié)構(gòu)部件和零件組成的，我們可以通過改變部件和零件來提高飛機(jī)的抗疲勞能力。影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度的因素主要有:a.應(yīng)力集中b.尺寸效應(yīng)c.溫度d.表面加工質(zhì)量。耐久性—抗疲勞

在飛機(jī)設(shè)計、制造、試驗和使用的長期實踐中，人們對飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗疲勞設(shè)計問題逐漸加深認(rèn)識，積累了經(jīng)驗，從而對飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗疲勞設(shè)計和修理制定出了一些原則：—合理選材，—適當(dāng)控制應(yīng)力水平—避免或減緩應(yīng)力集中—注意剛度與變形的協(xié)調(diào)問題—改善特殊部位的振動問題—采用高疲勞壽命的結(jié)構(gòu)形式耐久性—抗疲勞飛機(jī)結(jié)構(gòu)的使用經(jīng)驗和疲勞試驗表明，各種裝配效應(yīng)對飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有很大的影響，我們可以通過一些合適的工藝措施，使孔壁產(chǎn)生自相平衡的殘余應(yīng)力，改善孔壁的疲勞性能，提高疲勞壽命。通常，使孔壁產(chǎn)生殘余應(yīng)力的工藝方法有冷做硬化和干涉配合等方法。修理方案

過程

加強(qiáng)板和搭接帶

用鋼修理

修理方針

剪切梁修理修理方案—過程制定修理方案應(yīng)遵循以下過程：評估損傷，確定構(gòu)件受怎樣的力，并確定修理方法和修理所用材料。確定正確的材料許用應(yīng)力。計算修理部分所承受的負(fù)載。確定修理材料的形狀、大小。確定修理所用緊固件的類型、大小和數(shù)目。制定修理藍(lán)圖。應(yīng)用結(jié)構(gòu)手冊的修理標(biāo)準(zhǔn)。修理方案—加強(qiáng)板和搭接帶

當(dāng)用鋁合金加強(qiáng)修理、搭接修理時應(yīng)遵循下列原則：盡可能應(yīng)用同一種材料修理材料應(yīng)加大一級或兩極拼接方向同加載方向平行時不能拼接加強(qiáng)板和搭接帶修理材料的許用應(yīng)力比被修材料高在修理部分邊沿打坡口確保修理件能夠傳遞原負(fù)載。修理方案—用鋼修理

鋼被作為修理材料是因為在修理部位用鋁合金會導(dǎo)致材料堆棧或材料過厚，從而不能保證修理邊距，緊固件數(shù)目要求，還會出現(xiàn)緊固件干涉問題。用鋼代替鋁合金進(jìn)行修理必修考慮以下問題：應(yīng)用鋼修理—用鋁修理產(chǎn)生干涉—用鋁修理不能保證邊距—用鋁修理產(chǎn)生太多中心變換過硬考慮

—比較修理鋼的剛度和波音用鋼進(jìn)行修