飞机结构钣金基础知识

飞机结构钣金基础知识飞机结构的型式构架式硬壳式半硬壳式现代飞机采用的型式常见飞机结构材料•铝合金（78%）•钢（12%）•钛合金（6%）•复合材料（3%）•其他材料（1%）铝合金钢钛合金复合材料其它材料结构基础知识半硬壳式结构基础知识概述民航飞机的安全必须建立在两个基础上：第一、保证飞机在设计制造过程中满足符合其型号设计的要求；第二、保证飞机在使用维修过程中初始处于安全运行状态。也就是说，要保证民用航空器的适航性，必须同时满足上面两条件，任一个条件的不满足将导致该民用航空器不再适航。所以说飞机的修理维护是保证持续适航性的重要组成部分。结构修理的原则主要有等强度原则、等刚度原则和对称性原则。民航飞机的维修方案是建立在相应的设计思想的基础上的，而制订维修方案的指导思想的发展变化是和飞机设计理念的革新息息相关的。所以，维修人员必须有一定的飞机设计方面的知识。下面主要介绍的是飞机设计思想的发展和要点。民航飞机的结构设计思想大体经历了以下几个阶段：第一级段、满足静强度、刚度的设计准则第二阶段、安全寿命设计准则；第三阶段、破损安全设计思想结构基础知识民航飞机结构设计思想简介第四阶段、满足损伤容限的设计思想，而今，波音飞机的设计理念是建立在损伤容限和耐久性设计理念相结合的基础之上的比较现代化的飞机产品。结构基础知识需要注意的是不管何种飞机设计思想，都必须满足静强度和静刚度的设计要求，现代飞机设计思想的损伤容限和耐久性设计师是满足静强度和静刚度前提下的损伤容限和耐久性设计。静强度和静刚度设计思想的要点是：认为航空器的失效是静载破坏。强度和刚度是反映材料抵抗弹塑性变形和抵抗断裂失效的能力，静强度和静刚度是材料在缓慢加载时材料体现出的抵抗弹塑性变形和抵抗断裂失效的能力。实际航空器不可能处于静载状态，所以，这种设计思想算是最古老的设计思想，但是，它又是任何飞机设计必须满足的前提。结构基础知识安全寿命设计思想的要点是：认为结构件无初始损伤。安全寿命是建立在这种无缺陷的假设基础之上。安全寿命等于实试验寿命和分散系数的比值。目前，只对于一些极为重要的飞机部件采用安全寿命方法进行设计，典型的例子是飞机起落架的设计至今仍然采用这种设计理念。破损安全设计思想的要点是：容许结构件的破损等损伤，但必须能够保证飞机的安全；如，采用多传力结构。结构基础知识损伤容限和耐久性设计思想的要点是：容许初始损伤的存在，对于可检结构给出检修周期，对于不可检结构，给出最大容许初始损伤；并且给飞机给出一个大于设计寿命的使用寿命（如，20年），超过使用寿命，维修起来不是很划算、不经济，这时飞机退役或更换飞机部件。以保证结果在给定的使用使命期限内，不致由于未被发现的初始缺陷，裂纹和其他损伤扩展而发生灾难性的破坏事故。结构基础知识航空器结构的修理可分为三种类型：A类、B类、C类。结构基础知识A类结构修理A类结构修理就是原区域检查大纲的检查间隔及方法已经能够确保结构的持续适航性的结构修理方法。这就是说修理后的检查要求与原来的检查要求相同，不需给出补充结构检查，仍采用MPD（维护计划资料）给出的维护检查间隔和方法。结构修理的分类:A类结构修理结构的修理B类结构修理通常需要在一定的使用时间后，增加周期性的目视检查或无损检测的修理属于B类结构修理的范围。B类外部贴补修理满足所有静强度要求，但抗疲劳和损伤容限细节不如镶平修理好。结构的修理C类结构修理C类结构修理是一种仅满足静强度要求，不满足耐久性或气动光滑性要求的临时性修理。这种修理通常是因为航空器停场时间短或修理条件不具备而采用的修理方法。它需要比B类结构修理有更严格的附加检查方法。可以按照结构修理手册提供的附加检查的门槛值和重复检查间隔进行检查，并在规定期限内更换这种C类结构修理C类结构修理损伤与检查航空器损伤的分类及检查航空器的损伤，特别是严重的损伤，直接威胁着航空器的飞行安全。因此，及时发现航空器的损伤，并采取相应的维修措施是保证航空器适航性的重要组成部分。涉及到结构方面的检查方法大体上可以划分为目视检查和无损检测（NDT）方法两大类。损伤的分类损伤按原因可分为：疲劳、腐蚀、意外损伤（化学品的泄露、烧伤、地面撞击、不规范的修理）。疲劳、腐蚀、意外事故可以造成飞机结构的损伤，结构件的疲劳寿命通过受力分析和实验获得，但因腐蚀产生的结构损伤不能估算。意外损伤通常比较明显，但结构的损伤必须更多的用恰当的方法辨认、处理。损伤与检查腐蚀原因保护涂层的失效保护涂层的失效可导致腐蚀的产生。涂层系统的合理选择、运用、维护以及防腐剂的使用可抑制结构的腐蚀。腐蚀损伤可允许损伤可允许损伤容限值的影响因素-气动光滑性、应力水平、损伤方向、损伤类型、损伤部位蒙皮的可允许损伤-凹坑、裂纹、划伤擦伤腐蚀隔框腹板、翼肋腹板和梁腹板的可允许损伤-凹坑、划伤擦伤腐蚀、破孔缘条和桁条的可允许损伤结构损伤按其损伤程度可分为三类：可允许损伤、可修理损伤和不可修理损伤。保护镀层失效无机材料一般作为结构材料的阳极保护层。比如2024铝板上的1230包铝是一种阳极镀层，这层包铝对2024铝合金提供保护直到它因腐蚀或机械方法脱落。其它类的损伤：比如：机械损伤，疲劳、意外、应力、缝隙腐蚀、化学损伤等。腐蚀损伤漏水孔堵塞如果漏水孔堵塞或漏水活门不规范操作可以导致污水积聚从而产生腐蚀。在某些部位，填平胶可防止水分积聚，填平胶松动或脱落必须马上更换。漏水孔堵塞还可引起垃圾、脏物的聚积，从而在水分于金属界面或不同金属之间发生腐蚀，修理时需彻底除去污物。腐蚀损伤腐蚀的类型腐蚀可分为几种不同的类型，当凭借分类从本质上无法辨别腐蚀时，可以以最相近的化学方法选择最好的处理措施。应力腐蚀应力腐蚀是拉应力和腐蚀介质共同作用下材料发生的一种实效。多发生于机翼的下蒙皮。应力腐蚀裂纹一般沿一个单一的方向，通常出现在滚弯成型、挤压、锻造件的纹路方向。一旦发现此类腐蚀，请仔细检查整个构件，有可能在其它位置存在应力腐蚀。剥层腐蚀剥层腐蚀同应力腐蚀类似，通常发生在滚弯成型、挤压、锻造铝合金件的纹路区域，腐蚀产生的产物致使结构沿纹路发生分层。注意大量的腐蚀产物。腐蚀产物的厚度会达到甚至超过原材料厚度的10倍。在搭接区域，腐蚀产物产生的压力使结构出现明显的鼓包以及变形。丝状腐蚀丝状腐蚀的产物在金属表面漆层上形成网状的细丝。它只发生在漆层下面，通常去除漆层后在紧固件周围可以看到。此类腐蚀的发展比较缓慢平稳，所以看起来不太明显，如果不及时修理，在紧固件周围会导致穿晶腐蚀。电化学腐蚀电化学腐蚀是一种严重影响金属性能的腐蚀形式。它有三个必要条件：A、阴阳极有电位差B、电解液C、阴阳极之间有导路当两种不同的金属接触或处于腐蚀介质（水）中时会发生电化学腐蚀。这是金属最主要的腐蚀形式，比如铝合金在保护层损伤后会作为阳极被腐蚀掉。电化学腐蚀的速度非常快，在工作中尽可能避免使用类金属，如果必须使用，两种金属必须利用保护层或其他方法隔开。所以保护层的维护时抑制腐蚀的根本。缝隙腐蚀是一个术语，用于描述发生在缝隙中或积水区的腐蚀形式。这种腐蚀通常产生于同种金属间的积水区或保护层破损区。图中为蒙皮与长桁结合处内表面发生的缝隙腐蚀，在发现之前蒙皮已被完全腐蚀穿，和紧固件区域典型疲劳裂纹不同，腐蚀裂纹可以在任何位置出现。缝隙腐蚀点蚀自表面开始向金属内部扩展，是一种区域腐蚀，它源于表面涂层失效、脱落或有外来沉积物的地方，要防止点蚀的进一步扩展，就必须彻底除腐。点蚀微生物腐蚀生长于油箱中微生物的排泄物如有机酸、醇类等可穿透油箱涂层，从而造成铝合金结构件的腐蚀。微生物的典型特征是：黏附在油箱底部，在有水和较高温度区会大量繁殖。有水时，呈褐色黏糊状，无水时呈黑色。微生物如果不及时清除，会穿透油箱涂层导致点状腐蚀的产生，如果微生物腐蚀特别严重需更换机翼下蒙皮。雷击损伤预防性维护进行完善的清洁工作。认真执行定期润滑工作。细微检查有无腐蚀迹象和防蚀层有无损坏。对腐蚀现象立即处理，对受损的表面漆层予以补漆。保持所有排水孔畅通无堵。每日对燃油箱的沉积槽放水。每日擦拭暴露在外的某些关键敏感区域。风雨天气时注意飞机的封严，以杜绝雨水侵蚀，在温暖晴日时要保持飞机有良好的通风。对停放的飞机，要充分应用多种防护套罩。清除已扩散的腐蚀和恢复原有的技术状态，所以取决于平时的维护，将要花费更多的维护工时。预防性维护腐蚀的来源腐蚀的来源腐蚀的来源腐蚀的来源腐蚀的来源结构检查结构腐蚀腐蚀与检查腐蚀与检查腐蚀产物的清除A、必须及时彻底清除腐蚀产物。B、采用机械方法清除腐蚀产物-打磨、喷丸。C、采用化学法清除腐蚀产物钣金定义钣金至今为止尚未有一个比较完整的定义，根据国外某专业期刊上将其定义为：钣金是针对金属薄板（通常在6mm以下）的一种综合冷加工工艺，包括剪、冲、切、复合、折、焊接、铆接、拼接、成型（如汽车车身）等。钣金基础知识常用金属材料铝合金铝具有重量轻、抗腐蚀的特点，通过合金化、热处理、冷加工等措施改善材料的韧性、强度、疲劳强度和耐腐蚀性能。气动光滑性修理的要求在飞机结构维护和修理过程中应满足以下几方面的气动光滑性要求：当气动力敏感区域，特别是机翼、尾翼前缘、静压口区域和迎角传感器区域，产生需修理的损伤后，应当采用镶平式修理，以便保持良好的气动光滑性。除静压口区域和迎角传感器区域以外，也可采用外部贴补修理的方法，但必须满足外部贴补修理的气动光滑性要求。在气动力敏感区域内，除机身蒙皮的纵向铆缝外，其他铆缝均应为对接式铆缝；气动力敏感区和非气动力敏感区蒙皮的修理飞机结构蒙皮，特别是气动力敏感区域蒙皮，其表面光滑性对飞机的飞行性能有明显的影响，因此，蒙皮修理的重要要求之一就是保持蒙皮表面的气动光滑性和维持精确的外形轮廓，特别是机翼、尾翼的结构蒙皮修理更要做到这一点。保护涂层抑制腐蚀的保护层有：ALODINE、底漆、面漆（按需）、密封胶、防腐剂：（1）阿洛丁ALODINEaALODINE处理的目的是形成氧化膜以及底漆的预处理。b常用的ALODINE有下面几种型号：ALODINE1200或1200S（氧化膜有颜色）；ALODINE1000，1000L或1500（氧化膜无色）；ALODINE600。（2）底漆a底漆的作用：作为物理保护层提供铬离子作为阳极（化学保护）。b常用的底漆有：BMS10-11TYPE1（绿色或黄色）；BMS10-20；BMS10-79。（3）面漆a面漆的作用：物理保护层以及美观。b常用型号有：•BMS10-11TYPEⅡ；•BMS10-60；•BMS10-100。（4）密封胶a密封胶的作用：机身承压区的密封、整体油箱的密封、防腐（例如厨房、厕所区域）、粘接。b使用方式：表面涂胶、填平、预填充、注胶。c密封胶的使用要求：密封区彻底清洁，按需准备施工工艺，注意胶的使用时间、挤出时间和固化时间，需用压条压平密封胶。•注意：使用时不要堵塞漏水孔及其通道。•常用型号有：•BMS5-26；•BMS5-32；•BMS5-63；•BMS5-95；•PR1826；•PR1828。结构钣金修理结构钣金修理结构钣金修理机翼前缘蒙皮的修理方法前缘是气动力特别敏感区，对光滑性要求较高。蒙皮损伤修理一般都采用挖补镶平修理，补片形式是蒙皮损伤形状和结构情况而定。一般采用圆形补片或矩形补片，结构钣金修理零件1为补片，材料与修理蒙皮相同，但厚度一般比修理蒙皮加厚一级到两极；零件2为镶平补片，与修理蒙皮同材料，同厚度。机翼前缘用矩形镶平补片，采用双面铆接进行修理的典型修理形式。将损伤区铆钉拆除及切割损伤部分，切割时要在桁条和蒙皮之间插入衬条，以免切割时损伤蒙皮内表面。将切口端头修齐平，以同材料同牌号的角型材制作一个新件，镶平。在制作一新补强件，将原桁条与镶平件铆接在一起。补强件长度和铆钉数应根据计算确定。在装补强件时，为了与桁条贴合好，在圆角处修到不小于桁条厚度的尺寸。如果尺寸小于桁条厚度，则可用同材料板材弯制成角型修理件，若桁条较厚则板材弯曲成型比较困难，可制成两个板弯件，叠加铆接。角型桁条的结构修理腹板贴补修理形式当腹板产生裂纹