飛機蒙皮損傷與維修-畢業(yè)論文

海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)論文專L工L?千一姓指導教師：上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)I摘要飛機蒙皮是民用飛機商業(yè)運營中最易產生損傷的零部件。在航空業(yè)迅猛發(fā)展的條件下，為提高飛機的作業(yè)小時數和企業(yè)利潤，必須使飛機機體的損傷得到快速修復，保持飛機的適航性。本文主要討論飛機蒙皮損傷的修理方法，為飛機蒙皮的損傷得以修復。關鍵詞：飛機蒙皮，損傷，修理方法上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)IAircraftskinisthemostsusceptibletodamageincivilaircraftbusinesscomponents.Withtherapiddevelopmentofaviationindustry,inordertoimprovetheoperatinghoursplaneandcorporateprofits,Airframedamagemustbemadetogetfastrepairandalsotokeeptheaircraftairworthiness.Thisarticlemainlydiscussestheaircraftskindamagerepairmethods,Fortheaircraftskindamagetorepair.KeyWords:Aircraftskin,damage,repairmethods.上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文) 1第2章飛機蒙皮的作用及常見的損傷 32.1飛機蒙皮裂紋 32.2構件腐蝕后的特征 42.3意外撞擊 53.1目視檢測法 73.2超聲波檢測法 93.3X射線檢測法 93.4凹坑測量儀檢測 93.5劃痕測量儀檢測 第4章飛機蒙皮的修理方法 4.1蒙皮裂紋修理法 4.2蒙皮壓坑修理法 4.3蒙皮破孔修理法 第5章修理方案的設計原則 第6章主艙門外蒙皮腐蝕修理 第7章蒙皮大范圍損傷的修理 總結 參考文獻 上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)1飛機蒙皮是指包圍在飛機骨架結構外且用粘接劑或鉚釘固定于骨架上，形成飛機氣動力外形的維形構件。飛機蒙皮與骨架所構成的蒙皮結構具有較大承載力及剛度，而自重卻很輕，起到承受和傳遞氣動載荷的作用。早期低速飛機的蒙皮是布質的，即用紡織品包裹在木質或金屬框架上，并在此基礎上涂覆一層不透水、不透氣的薄膜以滿足飛行的需要。隨著飛機飛行速度、飛行高度及自身重量的增加，金屬蒙皮完全取代了布質蒙皮。目前，常規(guī)飛機的蒙皮材料主要采用高強鋁、鎂合金，某些高性能飛機采用鈦合金或復合材料。民航飛機蒙皮主要用超硬鋁合金，鋁鋅鎂銅系，如2024.也有部分是復合材料，還有鈦合金、合金鋼等.現在的發(fā)展趨勢是增加復合材料和鈦合金的比例.如波音787,大約有一半是碳纖維合成材料.而777復合材料是11%.老747只有1%。如圖1.1所示，復合材料逐漸在新型號飛機中大量被使用。圖1.1波音787飛機材料分布隨著全球飛機數量的增加，飛機老化的問題正在引起航空界越來越多的重視。由于更換新機的成本非常高昂，因此對飛機進行檢修與維護就顯得十分重要。飛機維護中一項重要的檢測項目是對飛機蒙皮的檢測。飛機蒙皮主要是構成飛機的外形，保持飛機良好氣動性能以及承受和傳遞載荷。民航客機每次執(zhí)行飛行任務時，客艙都要經歷一次增\減壓的過程，客艙的加強筋和蒙皮承受交變載荷作用，飛機多次飛行以后加強筋和外部鋁蒙皮的連接處產生疲勞裂紋。另外，由于飛機大部分時間暴露在自然環(huán)境中，蒙皮和加強筋鉚接處容易產生腐蝕(見圖1.2),腐蝕的直接結果就是鋁蒙皮和加強筋處出現材料損失并2上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)產生應力集中，這種由于腐蝕造成的材料損失和應力集中又會進一步加快疲勞裂紋的擴展。在腐蝕和交變載荷的作用下，裂紋擴展至臨界裂紋長度后就會快速失穩(wěn)擴展，最后導致結構破壞，這種結構破壞是造成空難事故的重要原因之一[1]。圖1.2飛機蒙皮腐蝕1954年，英國彗星號大型噴氣式客機連續(xù)兩次墜入地中海造成機毀人亡的慘劇，事后分析時發(fā)現事故的原因是由于機身蒙皮在旅客窗口處出現疲勞裂紋而導致的機體結構的斷裂破壞。另外，1983年美國波音747后增壓隔框損壞、1988年美國Aloha航空公司的737客機機身頂部鋁蒙皮吹落以及后來的KC-135和C-5飛機機翼的大范圍開裂等都是由于飛機結構疲勞損傷導致的空難。2002年著名的臺灣華航空難初步調查結果認為也是由于機體結構疲勞造成客機空中解體?！癆loha‘88’”引起了國際航空組織對老齡化飛機結構故障的重視，美國聯邦航空局(FederalAviationAdministration—FAA)將老齡化飛機研究提上日程，重點在于檢測技術方面，制定了系列檢修方案。根據FAA規(guī)定，商業(yè)運營飛機每隔6年，或者累計飛行時間達到24000小時，或者經過12000次起降，必須進行結構疲勞損傷檢查，結構檢查主要包括機體疲勞裂紋和腐蝕的檢查。同時要求每天都要對飛機進行必要的檢測，主要以人工視覺檢測為主，采用手工無損檢測方法，但是飛機維修檢測的工作質量易受工作人員的工作經驗等人為因素的影響。這種高密度的檢查提高了飛機的安全性，但耗費時間，同時也可能由于檢查人員的疲憊厭倦造成疏漏。因此傳統(tǒng)的檢測存在勞動強度大、檢測周期長、漏檢率高等問題[2]。上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)3第2章飛機蒙皮的作用及常見的損傷飛機蒙皮的作用是維持飛機外形，使飛機具有很好的空氣動力特性。由于飛機的運行環(huán)境惡劣，除正常飛行帶來的疲勞損傷外，還有由于環(huán)境因素導致的結構腐蝕等等。所以飛機蒙皮不僅要求蒙皮材料強度高、塑性好，還要求表面光滑，有較高的抗蝕能力。飛機蒙皮的損傷大致可以分為由交變載荷造成的疲勞裂紋、由環(huán)境造成的蒙皮腐蝕以及意外損傷(撞擊)三種。2.1飛機蒙皮裂紋飛機蒙皮結構在使用的過程中會產生不同類型的裂紋(圖2.1所示),常見的裂紋有應力腐蝕裂紋、疲勞裂紋及腐蝕疲勞裂紋。分析構件裂紋的類型需要進行斷口分析。斷口分析包括宏觀分析和微觀分析兩種，宏觀分析是指用肉眼或者地被放大鏡分析，后者使用光學顯微鏡研究斷口。其中宏觀斷口分析是最常用的斷口分析方法圖2.1腐蝕裂紋疲勞斷裂是指材料在交變載荷作用下發(fā)生的斷裂。在宏觀上，疲勞裂紋屬于脆性斷裂，上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)4可以分為三個區(qū)域-疲勞源、疲勞裂紋穩(wěn)定擴展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)。疲勞區(qū)周圍存在著以疲勞源為焦點的光滑、細潔的狹小區(qū)域。疲勞裂紋擴展區(qū)是疲勞斷口最重要的特征區(qū)域，呈現貝殼狀或者海灘狀的細紋。瞬時斷裂區(qū)是疲勞裂紋長度達到臨界尺寸后所發(fā)生的瞬時斷裂。2.2構件腐蝕后的特征依附在蒙皮表面的構件同時也會產生腐蝕，機身增壓艙蒙皮上的鉚釘，如果在鉚釘頭后部出現圖2.2所示的尾跡，說明鉚釘降低了連接作用和密封作用。由于鉚釘漏氣，當機身內充壓時，就很容易使潮氣進入到蒙皮接縫中，從而產生腐蝕。圖2.2鉚釘出現尾跡鋁合金腐蝕的產物由于比鋁合金體積大，積累的腐蝕產物可能比蒙皮鼓起，從而使鉚釘處呈現微凹現象。當蒙皮上出現針眼大小的目視可見的小孔時，說明出現了腐蝕(見圖2.3)。5上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)圖2.3蒙皮小孔狀腐蝕另外，當金屬材料表面涂層變色，表示可能發(fā)生了腐蝕。圖2.4蒙皮金屬材料腐蝕2.3意外撞擊飛機蒙皮的意外損傷是由于飛機在起降過程中受到異物撞擊(如飛鳥、冰雹、飛沙等)后引起的損傷。飛機出現意外損傷后會發(fā)生蒙皮破損，蒙皮表面出現孔洞，如圖2.5所示。如果出現撞傷情況，將會對飛機安全造成巨大的威脅。6上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)圖2.5飛機撞擊后產生孔洞由于飛機損傷后果破壞了飛機整體的良好空氣動力性能，使損傷部位的蒙皮強度下降，承載能力下降，危及飛行的安全，嚴重時會造成空中解體，因此蒙皮損傷后第一時間發(fā)現是非常重要的。上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)7第3章飛機蒙皮的無損檢測方法在飛機蒙皮檢測中應用的無損檢測主要包括：目視檢測法，超聲波檢測法，X射線檢測法，凹坑測量儀檢測，劃痕測量儀檢測。3.1目視檢測法目視檢測法是指僅用人的眼睛或與一些輔助設備，對飛機構件表面做直接觀察，發(fā)現構件表面損傷，并根據個人的技能和技術規(guī)范對損傷做出判斷和評價。目視檢測法可以借用的簡單工具有：照明設備、放大鏡、反光鏡、測量器具和內窺鏡等。在對飛機進行的維護工作中，目視檢測法是最基本、最常用的檢測方法。在對飛機進行其他的無損檢測之前，對能目視到的部位，都應進行必要的目視檢測法。為了保證飛行安全，在每次執(zhí)行飛行任務前，駕駛員都必須確保飛機的狀態(tài)良好。所謂狀態(tài)良好，就是飛機的狀態(tài)能保證它能圓滿地完成所要執(zhí)行的飛行任務，并且，機務人員要繞飛機一周目視檢測飛機的整體情況，以確定飛機完全可以安全順利地完成預定的飛行任務，如圖3.1所示。圖3.1繞飛機一周目視檢查(一)對機體表面腐蝕損傷的目視檢測>目視檢測機體表面，若發(fā)現表面涂層變色、剝落、隆起或有裂紋，預示著可能有腐蝕發(fā)生。上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)8>表面有氧化膜保護層的金屬構件上，如果發(fā)現氧化膜破損，而且在受損處有白色粉末，則可能發(fā)生了點腐蝕。>長期在濕度較大的氣候環(huán)境中使用或停放的飛機，如果在鉚釘頭周圍或蒙皮搭接處，表面涂層出現絲狀隆起，在涂層下面發(fā)生了絲狀腐蝕。>金屬構件特別是擠壓型材，一旦發(fā)生變形，表面隆起，預示著型材內部可能發(fā)生了層離腐蝕。>鋁合金蒙皮表面出現較多的鉚釘頭凹陷，說明結構內部可能發(fā)生了腐蝕。(二)對飛機緊固件的目視檢測>不是單個鉚釘，而是成排鉚釘向一個方向傾斜，說明鉚釘的連接可能因承受的剪切力過大面產生破壞。>埋頭鉚釘釘頭凸到蒙皮外面，并在周邊發(fā)生卷邊，說明鉚釘因受拉力過大產生了松動。>用手按鉚釘周圍蒙皮，如果可以按動，并在鉚釘頭和蒙皮之間形成可以看見的縫隙，說明鉚釘已經松動。>如果發(fā)現鉚釘周圍有黑圈，也表明鉚釘已松動。這些黑圈是因為鉚釘松動后，鉚釘頭與周圍蒙皮研磨生成的金屬粉末被污染而形成。(三)對表面裂紋的目視檢測如果懷疑結構外表面某處有裂紋，也可以借助照明設備，放大鏡等進行目視檢測。檢查前應將要檢查的表面清潔干凈，去掉污垢、灰塵，必要時，還應用去漆劑或噴砂、噴丸等方法，去掉表面保護涂層、腐蝕產物等。用手電筒檢驗表面裂紋損傷時手電筒光線應該從檢查者對面射來，與檢查表面成5°~45°角度，檢查者眼睛應在反射光束的上方，如圖3.2所示。[21集好化生反射人新光南上月人新在我a方體接合器圖3.2目視檢測上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)93.2超聲波檢測法超聲波檢測法可用于金屬、非金屬、復合材料制件的損傷探測，既可以檢測工件內部的缺陷，也可以檢測工件表面缺陷。超聲波檢測法就是利用超聲波的特性來檢測構件表面及內部的缺陷。超聲波在傳播的路徑上，如果遇到細小的缺陷，如氣孔、裂紋等，就會在界面上發(fā)生反射，檢測者分析反射的聲束，便可以發(fā)現缺陷并確定缺陷的位置。超聲波是超聲振動在介質中的傳播，其實質是以波動形式在彈性介質中傳播的機械振動。探傷所使用的超聲波頻率一般在500kHz~10MHz。特性：超聲波傳播能量大，對各種材料的穿透力都較強；又具有良好的指向性，頻率越高，指向性越好；在介質中傳播時，遇到界面會發(fā)生反射。超聲波的優(yōu)缺點：具有指向性好，穿透性強，對平面型缺陷十分敏感。但不適用于形狀復雜或表面粗糙工件的損傷探測；若對工件中的缺陷作精確的定性、定量分柝，需要有參考標準。3.3X射線檢測法X射線是一種電磁波，它與無線電波、紅外線、紫外線、可見光等本質相同，具有相同的傳播速度，但頻率和波長不同。X射線波長短、頻率高。因此，它具有許多與可見光不同的性質。工作原理：當用X射線透過被檢查工件時，如有缺陷或損傷的部分就會在感光膠片上留下黑度較大的影像。優(yōu)缺點：幾乎適用于所有材料，而且對于被檢測工件形狀和表面幾乎沒有任何的要求；對被檢測工件沒有破壞和污染；可檢測出表面缺陷和內部缺陷；能直觀顯示缺陷影像，便于對缺陷進行定性、定量分析和修理。但X射錢檢測費用高，3.4凹坑測量儀檢測凹坑測量是用專用的儀器檢測蒙皮表面凹痕的深度、變形的尺寸情況。這是一種在目視檢測蒙皮表面損傷時無法用眼睛觀察的方法。上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)3.5劃痕測量儀檢測第4章飛機蒙皮的修理方法4.1蒙皮裂紋修理法的直徑通常為1.5～2毫米，如圖4.1所示。圖4.1止裂孔位置的幾種情況位鉚接一塊與蒙皮材料、厚度一樣的加強補片，如圖4.1.1所示。圖4.1.1在修補部位進行加強修理4.2蒙皮壓坑修理法上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)細加工整形，直到達到規(guī)定的外形，然后在切口背面鉚補加強補片，如圖4.2所圖4.2變形蒙皮出現棱角時的整形與加強(1)確定切割范圍(2)切割損傷部位(3)制作補片和襯片上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)角處確定4個鉚釘，然后在2個鉚釘間均勻地排列鉚釘。當鉚釘為兩排時，應盡可能采用交錯排列或并列排列，如圖4.3所示。圖4.3托底平補法上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)第5章修理方案的設計原則件拐角處要倒圓角，圓角半徑最小為0.5in。區(qū)域的疲勞強度。試驗征明，若原板厚度為0.036in,加強件厚度為0.04in,相當壽命為1,則將加強件厚度增加到0.072in時，相對壽命為0.65,疲勞壽命降低了35%。如果需要采用不同的材料，應該按照飛機結構修理手冊第51章所要求進行第6章主艙門外蒙皮腐蝕修理參照手冊B747-400結構修理手冊SRM51-10-02,52-10-01或其他等效5.采用機械打磨法清除所有腐蝕(SRM51-10-02);有裂紋現象；確定打磨之后蒙皮的厚度是否在手冊允許的范圍(SRM(1)蒙皮上緊固件與緊固件的邊距沒有重疊處腐蝕，如圖6.1所示。期7圖6.1緊固件與緊固件重疊處沒有腐蝕(2)蒙皮上緊固件與緊固件的邊距重疊處腐蝕，如圖6.2所示。上海民航職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)被登功第分器線發(fā)學擔區(qū)統(tǒng)