某型飞机延寿的工艺性分析及研究

摘 要: 本文通过对某型飞机的结构及受力分析,分析了零号框结构裂纹产生的原因,对飞机结构修复方案进行了研究和探索,并对以后的日常维护工作提出了要求。

关键词: 零号框; 加强件; 托板螺帽

中图分类号: V221文献标识码: A文章编号: 1009-8631(2010)03-0085-02

一、飞机的结构分析

由机延寿主要是指机体结构方面的延寿,因此本文主要对飞机结构进行分析。此次要延寿的飞机是国外某工厂生产的小型低速飞机。飞机为半硬壳式结构,机翼为单梁式。该飞机机体由机翼、尾翼和机身三部分组成。机体结构特点是全金属,半硬壳式构造,是按传统思想设计制造的,并结合有铝合金、不锈钢、复合材料在飞机结构中的使用。翼梁是机翼的主要结构部件,是用铝材滚压而成的。

二、飞机重点承力部位的分析

该飞机的重点承力部位是其零号框及机翼的翼根部位。由于相比机翼而言,零号框的受力结构更为复杂,因此我们在这里重点分析零号框(如图1)。零号框是飞机前端第一个加强框,发动机安装架和前起落架安装架均安装在此框上(如图2)。为了提高零号框的承力能力,设计者在零号框上面固定有2个纵向加强件和1个横向加强件,在零号框的后表面安装有托板螺帽,用来固定发动机安装架和前起落架安装架。因此,该区域为整个零号框的受力重点部位(如图2)。

零号框的具体受力分析如下:发动机在地面、空中工作和飞机着陆时,零号框主要承受发动机架传来的拉力、压力和扭转力矩,以及前起落架安装支架传来的作用力。

(一)通过发动机架向零号框传递作用力的受力分析

a)螺旋桨工作时,所产生的拉力向零号框传递的受力分析:发动机工作时,螺旋桨产生拉力经发动机架、安装螺栓传至与之相连的托板螺帽,然后又通过托板螺帽传给零号框,使零号框后表面承受压力。

b)发动机、螺旋桨的自身重量和飞机着陆接地过程中产生的作用力向零号框传递的受力分析:发动机、螺旋桨自重使发动机架下部两个安装板对零号框前表面产生压力,上部两个安装板产生拉力经发动机架安装螺栓传至与之相连的托板螺帽,然后又通过托板螺帽传给零号框,使零号框后表面承受正压力;飞机在着陆接地过程中,由于着陆冲击作用,使发动机、螺旋桨产生向下加速度,从而使发动机架下部两个安装板对零号框前表面也产生正压力。同样地,上部两个安装板产生拉力经发动机架安装螺栓传至与之相连的托板螺帽,然后又通过托板螺帽传给零号框,使零号框后表面承受压力。

c)螺旋桨工作时,所产生的扭转力矩向零号框传递的受力分析:螺旋桨旋转产生的扭转力矩,一部分在发动机架安装板与零号框之间产生静摩擦力,并以静摩擦力方式传给零号框;另一部分通过发动机架传给安装螺栓,使安装螺栓承受剪力,安装螺栓将承受的剪力传给零号框上的螺栓孔,使零号框上的螺栓孔壁产生侧压力。

(二)通过前起安装架向零号框传递作用力的受力分析

飞机在地面停放、滑行和着陆时,前起落架将受到的作用力经前起安装支架以拉力、压力方式传给零号框,使前起安装支架上部两个安装板对零号框前表面产生压力,下部两个安装板经前起安装支架安装螺栓传至与之相连的托板螺帽,然后又通过托板螺帽传给零号框,使零号框后表面承受压力。

三、飞机结构修复方案的研究

通过对该型飞机的零号框的普查过程中,我们发现零号框出现了较为严重的裂纹。裂纹发生在零号框下部的上边缘的位置,并且是在前起落架的右下方螺栓安装孔附近(如图3)。裂纹在左螺栓孔的左上方和右螺栓孔的右上方转向零号框的腹板扩展,腹板上裂纹与零号框边缘夹角约为45度。从图中可以看到在该载荷作用下开裂部分材料已产生明显的垂直于纸面向外的变形,在右侧孔的右上角有部分材料即将脱落,基本失去了承载能力。另外,发动机架和前起落架安装孔的尺寸也都超标。

针对零号框纵向加强件的开裂及各个安装孔尺寸的超差,我们在原有纵向加强件基础之上增加加强补片,同时对各个安装孔进行扩孔。拟采用的修理方案:零号框上螺栓孔的理论尺寸为8.0/8.2,根据详细的检查发现螺栓孔径都偏大,大部分孔径为8.3-8.5,个别孔径接近9,准备将所有孔径都增大至9,然后对安装螺栓进行加粗以消除其与安装孔之间的间隙,需要加工螺栓和托板螺帽(直径均为9),以及将发动机架和前起安装架上的安装孔扩孔到9。

由于零号框结构的复杂性和隐蔽性,很容易在一些死角区域造成腐蚀。加之成都平原地区的空气湿度较大,并且雨水中酸性物质的含量较高(SO2等),就更容易导致机体的腐蚀。由于机体腐蚀,尤其是飞机受力结构腐蚀会对飞行安全产生很大的危害,而维修人员平时在维护的过程中,未将残余清洗剂干净,也容易导致零号框结构腐蚀。因此,日常的维护工作要加强对隐蔽区域特别是受力区域的腐蚀检查及中加强对零号框的清洁与保养。

目前,该型飞机共有33架,正在使用的有5架,其余的28架均已到寿,并已停止使用。这些到寿的飞机中,有不少状况比较好的。如果能采取有效的方法将其延寿,则可以避免资源浪费,节约大量资金。