民用飞机外翼蒙皮表面损伤问题的工程处置研究

摘 要：外翼蒙皮表面损伤是民用飞机的常见制造偏离问题。该文研究了民用飞机外翼蒙皮的表面技术特性，梳理了结构修理中该问题的分析思路和处置方法，提出了民用飞机外翼蒙皮表面损伤问题的工程处置流程。以某民机中下壁板表面损伤问题为例，说明了该分析研究在结构工程处置中有一定的指导意义。

关键词：外翼蒙皮 表面损伤 工程处置

中图分类号：V262.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（a）-0001-02

外翼蒙皮是民机机翼结构的主要组成部分。对于外翼蒙皮而言，不仅要求蒙皮具有较好的强度和塑性，还要求蒙皮表面光滑，满足气动要求。外翼蒙皮制造过程中，由于工具、装配干涉、操作失误、人为保护不力等原因，可能造成蒙皮表面产生划伤、擦伤、刻痕、碰伤、磕伤等损伤，对蒙皮的性能产生一定影响。

该文以民用飞机常用的金属外翼蒙皮为研究对象，研究了蒙皮表面特性，并在此基础上提出了外翼蒙皮表面损伤问题的处置流程，并将该流程应用到某民机中下壁板表面损伤问题的工程处置之中。

1 外翼蒙皮表面特性

外翼蒙皮用于形成机翼流线形外形，飞机在承受空气动力作用后，将作用力传递到机身机翼骨架上，外翼蒙皮主要参与机翼扭矩引起的剪流和弯矩引起的轴向拉压。

为了保证外翼的设计要求，外翼蒙皮的表面性能也是至关重要的。外翼蒙皮主要有金属蒙皮、复合材料层压蒙皮、夹层蒙皮和整体壁板等型式，目前民用飞机上常用的是金属蒙皮。蒙皮在完成零件制造加工之后，一般都会进行喷丸、阳极化、表面漆层等处理措施。

喷丸是将很小直径的钢丸或玻璃丸以一定的速度撞击金属表面的一种表面强化工艺。通过喷丸可以诱导出金属表层的残余压应力，提高材料的抗应力腐蚀开裂能力并改善材料的疲劳性能。在民用飞机上常用的喷丸技术有喷丸成形和喷丸强化。喷丸成形是通过喷丸技术来进行外翼蒙皮成形，是一种飞机钣金特种工艺方法。为了满足强度要求，部分区域还会进行喷丸强化来提高强度。

阳极化是在铝合金表面均匀形成一层薄薄氧化铝的电解工艺。由于转化涂层不影响疲劳寿命，因此，在结构修理中经常使用涂抹转化涂层的方法来替代阳极化处理，阳极化对铝合金具有很好的抗腐蚀保护作用。阳极化的方法有多种，常用的包括铬酸阳极化、硫酸阳极化、刷涂转化涂层等方法。外翼蒙皮一般都会进行阳极化处理。

就结构和外观而言，蒙皮的表面处理是影响使用寿命的一个重要因素。金属表面处理对静强度的影响不大，主要影响疲劳寿命。如果对蒙皮表面的各种缺陷不进行适当的处理，则零件便会发生强度、功能和外观问题。因此，必须对结构进行适当的保护和检查，防止结构产生表面损伤问题。

2 表面损伤处置流程

在了解外翼蒙皮表面特性的基础上，可以分析研究外翼蒙皮表面损伤问题的特点和结构修理方法，总结该类问题工程处置的一般流程，见图1。

对于外翼表面损伤问题，首先要判断该损伤是否会引起结构产生裂纹。如果损伤是由于工具擦伤、划伤等非冲击原因引起的，则一般不会引起结构裂纹。如果是冲击型损伤或者原因不明，则需要通过无损检测手段对损伤处进行相关检测，分析是否造成了结构裂纹。

通过无损检查发现蒙皮没有裂纹时，可以对损伤区域进行打磨，打磨范围和打磨半径要满足工艺文件要求，打磨后保证与周围区域光滑过渡。如果打磨区域在原图纸中有喷丸要求，则打磨后需要进行补喷丸处理。使用便携式喷丸设备进行补喷丸，喷丸过程中应保证喷丸强度和喷丸尺寸的均匀性。完成喷丸操作后，及时进行防锈和防物理损伤保护。通过无损检查发现蒙皮存在裂纹时，首先考虑通过打孔、修切等手段去除蒙皮上的裂纹区域。裂纹区域去除后，用铆钉、柱塞等进行填充处理。

然后进行工程校核工作，主要包括强度校核和气动校核。工程处置方案如果满足强度要求，就可以执行下一步处置意见。如果不满足强度要求，则需要对修理区域进行强度补强处理，比如在蒙皮的内表面增加加强板。强度校核后，还需要进行气动校核，对不满要求的位置需要进行气动面填平处理。如果满足要求，则进行表面漆层处理。表面漆层处理主要包括刷涂转化涂层来抗腐蚀并作为底漆底层，然后涂刷零件底漆和面漆。

3 应用案例

某民C外翼中下壁板蒙皮边缘有一处工具碰伤，碰伤区域长约3 mm，宽约2 mm，深约0.6 mm。由于是工人在操作过程中使用工具不小心碰到零件造成的损伤，故障产生原因是比较清楚的。因此，可以结合问题产生的原因，根据该结构区域的结构形式和受力特性，进行结构工程处置方法的分析。

首先进行无损检测，通过检测报告发现碰伤没有造成零件表面产生裂纹。然后考虑通过打磨手段对损伤区域进行打磨。打磨范围包括打磨长度、打磨宽度和打磨深度。针对该位置蒙皮表面损伤问题，处置方案示意图如图2所示。碰伤在蒙皮表面，在外翼展向方向，打磨长度要远大于损伤尺寸，打磨宽度和打磨深度能保证覆盖损伤区域即可。打磨工具、操作要满足工艺文件要求，打磨后保证与周围区域光滑过渡，打磨不能加深现有损伤深度。该区域位于零件边缘，且损伤面积较小，因此打磨后无需进行补喷丸处理。

下一步要针对该处置方案进行强度和气动影响性校核。经过强度评估，打磨深度占零件总厚度的百分比较小，对强度的影响可接受。经过气动评估，打磨范围和深度相对于整个翼面来说非常小，对气动的影响可接受。

因此，经过一系列分析评估，可以使用打磨方案对该损伤问题进行工程处置。打磨后，根据工艺文件要求刷涂转化膜层、底漆和面漆。

4 结语

表面损伤问题是民用飞机外翼蒙皮的典型制造偏离之一。该文在探讨外翼蒙皮表面特性的基础上，通过一系列的分析，总结归纳了民用飞机外翼蒙皮表面损伤问题在结构修理中的一般处置方法，提出了民用飞机外翼蒙皮表面损伤处置流程。在实际的工程处置过程中，该分析研究可以为外翼蒙皮表面损伤问题处置提供清晰的思路和方法，提高该类结构制造偏离问题的处置效率。

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