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1、20102011学年第二学期飞机结构维修（作业） 专 业： 班 级 学 号： 姓 名： 授 课 教 师： 飞机铝合金结构的修理方法和应用 摘 要：各类飞机大部分以铝合金作为主要结构材料。飞机上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。因为其密度小、强度高的优点，在航空材料中得以广泛的应用。铝合金结构在使用过程不可避免地受到不同程度的损伤，如蒙皮破孔、梁缘条裂纹、框变形等，因而需要采取相应的方法加以修理，保证各个结构能够在使用中安全负载和工作。关键词：铝合金结构 蒙皮、梁、长桁、隔框、翼肋 损伤 修理方法一、飞机铝合金的结构及特点1. 蒙皮的结构及特点蒙皮是包围在机翼骨架外的维形构件
2、，用粘接剂或铆钉固定于骨架上，形成机翼的气动力外形。蒙皮除了形成和维持机翼的气动外形之外，还能够承受局部气动力。早期低速飞机的蒙皮是布质的，而如今飞机的蒙皮多是用硬铝板材制成的金属蒙皮。 A340垂直尾翼表面蒙皮 机身蒙皮与机翼蒙皮的作用和构造相同。如衍梁、衍条、蒙皮、隔框的不同组合、可以形成机身的不同构造形式。如果蒙皮较厚，则衍梁、衍条、隔柜可以较弱；如果蒙皮较薄，则上述骨架也应该较强、较多。机身蒙皮2 梁的结构及特点 2.1翼梁翼梁是最主要的纵向构件，它承受全部或大部分弯矩和剪力。翼梁一般由凸缘、腹板和支柱构成（如图所示），剖面多为工字型。翼梁固支在机身上。凸缘通常由锻造铝合金或高强度合金
3、钢制成，腹板用硬铝合金板材制成，与上下凸缘用螺钉或铆钉相连接。凸缘和腹板组成工字型梁，承受由外载荷转化而成的弯矩和剪力。2.2衍条与桁梁衍条的形状、作用与机冀的衍条相似。桁条是用铝合金挤压或板材弯制而成，铆接在蒙皮内表面，支持蒙皮以提高其承载能力，并共同将气动力分布载荷传给翼肋。衍梁的形状与衍条相似，但剖面尺才要大些，其作用与翼梁相似。不同剖面的桁梁（蒙皮桁梁）桁梁式机身（桁梁桁条蒙皮加强隔框普通隔框）典型梁式机翼的结构高比强铝合金机翼3. 长桁的结构及特点长桁（桁条）是与蒙皮和翼肋相连的构件。 各式桁条4. 隔框的结构及特点隔框沿机头到机尾分布，数量很多，主要作用是形成并保持机身的横剖面形状
4、，同时它与析条、衍梁、蒙皮等连接在一起参加整体受力。隔框的外形和剖面形状很多隔框又分普通隔框和加强隔框。加强隔框须承受如机冀、尾翼、起落架、发动机通过接头传递而来的集中力。故材料和结构都比普通隔框强。各类隔框类型5. 翼肋的结构及特点形成并维持翼剖面之形状；并将纵向骨架与蒙皮连成一体；把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁。普通翼肋的作用是将纵向骨架和蒙皮连成一体，把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁，并保持翼剖面的形状。加强翼肋就是承受有集中载荷的翼肋。翼肋结构翼肋骨架二、飞机铝合金结构的修理方法2.1 蒙皮的修理方法蒙皮的常见损伤：划伤、变形、裂纹和破孔等。蒙皮损伤的后果： 破坏
5、了飞机的良好气动性能 使损伤部位的蒙皮强度降低，承载能力下降 危及飞行安全。铝合金蒙皮分：单板蒙皮、整体壁板。单板蒙皮（按厚度不同）分：薄板蒙皮、整体蒙皮。2.1.1蒙皮轻微损伤的修理蒙皮轻微损伤： 蒙皮某些部位产生轻微的鼓动、压坑或划伤等。 蒙皮鼓动的修理 主要采用整形加强 挖补 更换蒙皮 加强型材（或盒型材）的方向应垂直或平行于桁条，并至少与相邻的构件搭接一端 根据蒙皮的形状和搭接形式将加强型材制出相应的下陷或弧度 蒙皮压坑的修理蒙皮上的压坑，主要是破坏了蒙皮的光滑表面。 压坑微小，分布分散、且未破坏内部结构，则不必修理。 压坑较浅，范围较大，用无锐角且表面光滑的榔头和木顶块修整。 压坑较
6、深，范围较小，不易整平时，可在压坑处钻直径为45mm孔，用适当的钢条打成钩形，拉起修平， 然后用螺纹空心铆钉堵孔。压坑较深，范围较大时，可在压坑处开直径为1016mm的施工孔，用钩子钩住，锤击蒙皮四周使其恢复平整。然后安装堵盖铆钉堵孔。压坑较深，范围较大时，可在压坑处开直径为1016mm的施工孔，用钩子钩住，锤击蒙皮四周使其恢复平整。然后安装堵盖铆钉堵孔。压坑较深，且出现棱角，整形比较困难。2.1.2蒙皮裂纹的修理 钻止裂孔蒙皮上的裂纹较短时（一般小于5mm），可采用钻止裂孔（直径通常为1.52mm）的方法止裂。蒙皮上的裂纹较长时，除钻止裂孔外，还需在裂纹部位的内部铆补一块与蒙皮材料相同、厚度
7、相等的加强片。2.1.3 蒙皮破孔的修理蒙皮小破孔的无强度修理2.1.4蒙皮大范围损伤的修理修理措施： 必须更换部分蒙皮，才能恢复其强度和外形。 蒙皮大范围损伤往往伴随骨架损伤，为了保持飞机的外形。修理顺序：先骨架后蒙皮。2.2梁缘条和长桁的修理方法损伤类型：缺口、裂纹、断裂等。2.2.1 缺口的修理u 宽度较窄的缺口（一般小于5mm）： （沿构件的截面方向测量） 只需将缺口锉修成光滑的弧形，用砂纸打光后涂上底漆即可。u 宽度较宽的缺口：（沿构件的截面方向测量）需把缺口切割整齐，用填片填上缺口，并铆上加强片。缺口的修理2.2.2裂纹的修理u 裂纹长度较小（不大于2mm）时：采用错修法。u 裂纹
8、长度大于2mm，小于构件一边宽度的2/3时：在裂纹的末端钻22.5mm的止裂孔后，用加强片加强u 裂纹长度大于构件一边宽度的2/3时：在裂纹的末端钻22.5mm的止裂孔后，用与构件相同的型材进行加强。如便于整根取下：采用更换的方法修理，即取下断裂构件，用材料相同、规格相等的型材，制作新构件，按原孔铆接。如不便于整根取下：则接补（型材）修理。2.3隔框和翼肋的修理方法典型损伤：范围较小的变形、裂纹或破孔，也可能产生范围较大的损伤。修理的要求：恢复损伤框、肋的外形和强度。2.3.1变形的修理框、肋的变形多出现在框、肋的腹板上，可采用整形的方法恢复平整。如果整形后仍有鼓动，可在变形部位铆接加强片或型
9、材，以提高框、肋的稳定性。2.3.2裂纹的修理框、肋上的裂纹长度5mm时：对框、肋的强度削弱不多，修理时可在裂纹端头钻直径1.52mm止裂孔后使用。对于在减轻孔、槽口等原切口边缘处出现的 不大于5mm的裂纹，可将裂纹锉修圆滑，不必加强。当框、肋上的裂纹长度5mm，但未超过框、肋截面高度的1/3时：修理方法:裂纹末端钻止裂孔。铆一块与框、肋材料相同、厚度相等的加强片。当框、肋上的裂纹长度超过框、肋截面高度的1/3时,使框、肋的强度降低很多，应按框肋的断裂方法修理。2.3.3破孔的修理隔框断裂的修理三、飞机铝合金结构损伤的事例图3.1飞机蒙皮的大面积更换上图为GAMECO（广州飞机维修工程有限公司
10、）为南航一架B-737CL飞机完成了两张整体蒙皮的更换工作。所更换蒙皮的面积之大，尚属国内首例。此项工作是GAMECO根据南航要求，依照厂家工程指令对所指定的B-737飞机后机身STA727-907站位下方两侧S20-S25之间两块长度接近7米，宽近2米的整张蒙皮进行改装更换，以此达到飞行安全要求。整个工程涉及有关区域几百个部件的拆卸和重新安装，上万个新紧固件孔必须确保同时精确定位，每块大约14平方米的新蒙皮又务必与存在多曲度方向的机身轮廓完美贴合。GAMECO工作团队通过不断研究探索，面对和克服了许多由这次首例改装带来的技术和施工难点，包括由于新旧蒙皮外形尺寸和双向曲度都存在差异造成的定位困
11、难、多处搭接带重要紧固件的重新定位、以及多处蒙皮补片的重新修复等。 图3.2 飞机裂纹检测由中国民航地面特种设备研究基地机器人研究所开发的飞机表面爬行机器人实验系统于昨日在我校工程训练中心的波音737-200和伊尔-18飞机上进行了测试试验，对机器人的气动系统、机械结构、控制系统、通讯系统、导航系统及目标检测系统进行了全面测试，取得较好效果。该机器人系统可携带视觉及电涡流传感器，进行飞机蒙皮裂纹与腐蚀等结构缺陷的无损自动检测。目前只有美国等少数国家正在进行该项研究并已取得了实用性成果。飞机表面爬行机器人的研究成功对提高对飞机表面缺陷的检测精度，缩短飞机的检修维护时间，保障检查人员的人身安全，具
12、有重要意义。 图3.3 F15出现蒙皮裂纹美国空军时报报道 由2007年11月2日密苏里州空中国民警卫队一架F-15战机发生坠毁事故所引起的检查中，现又发现了具有相同裂纹的第9架F-15“鹰”战斗机。 据密苏里州坠机事故调查委员会的领导称，其所关注的问题是F-15战机蒙皮下的前金属纵梁，该梁主要支撑驾驶舱和加固该战机。 图3.4 框结构改装Ameco顺利将一个重达1.6吨的尾翼垂直安定面从一架A340飞机上拆下，开始为其实施机身站位80框至87框结构框的改装。四、 实际损伤结构的修理4.1蒙皮大范围损伤的修理 修理措施： 必须更换部分蒙皮，才能恢复其强度和外形。 蒙皮大范围损伤往往伴随骨架损伤，为了保持飞机的外形。修理顺序：先骨架后蒙皮。4.2更换蒙皮的方法施工步骤： 切割损伤蒙皮，制作与铆接衬片，配制新蒙皮，安装定位和对缝，铆接新蒙皮。具体步骤：（1）切割损伤蒙皮（2）制作与铆接衬片（3）配制新蒙皮并安装定位与对缝（4）铆接新蒙皮步骤（1）：切割损伤蒙皮切割新蒙皮，注意事项： 切割线与构架平行，在转角处要挫修成圆角，防止应力集中；
