民用飞机金属蒙皮典型制造损伤研究

闻捷

【摘 要】现役大部分飞机的蒙皮材料为高强度铝合金。金属蒙皮在飞机制造过程中，由于产品保护不到位、工人操作不当等原因，会出现多种损伤，这些损伤处理不当将会导致飞机的使用寿命下降，严重的甚至会造成灾难性后果。本文对民用飞机制造过程中出现的机身蒙皮损伤进行了分类，得出了三种典型损伤形式，并对这三种典型损伤的产生原因及各自特点进行了说明。根据三种典型损伤的具体情况，给出了三种典型损伤的具体处置方法，为后续民用飞机金属蒙皮制造损伤的处置提供了思路。

【关键词】蒙皮;民用飞机;制造;损伤

中图分类号： V267 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）19-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.022

0 引言

飞机机身蒙皮用于维持飞机理论外形，使飞机拥有良好的空气动力学特性，是飞机的主要承力构件，承受了气密增压载荷、飞行载荷及惯性载荷等，其完整性对保证飞行安全十分重要[1]。大部分现役飞机的机身蒙皮材料为金属材料。金属机身蒙皮在飞机制造过程中，由于产品保护不当、工人操作不当等原因，会出现多种损伤，这些损伤如果处理不当会导致飞机的使用寿命下降，严重的甚至会造成灾难性后果[2-5]。本文对民用飞机制造过程中出现的机身蒙皮损伤进行了分类分析，说明了金属蒙皮典型损伤的产生原因及特点，给出了民用飞机金属蒙皮损伤的一般处置方法及思路。

1 飛机金属蒙皮典型损伤

在对民用飞机制造阶段飞机金属蒙皮出现的损伤进行研究后发现，机身蒙皮的典型损伤包括以下三类：a）机身蒙皮划伤;b）机身蒙皮冲击损伤;c）机身蒙皮钻痕损伤。下面对这三类典型损伤进行具体介绍，给出了各类损伤的典型现象，并分析了各种现象的产生原因。

1.1 机身蒙皮划伤

机身蒙皮划伤定义为细长型，深度较浅（损伤最大深度不超过0.006in），目视可见的线性损伤[2]。制造阶段出现的机身蒙皮划伤主要是由于在搬运及装配过程中，对蒙皮表面的保护不到位，蒙皮与金属工具、工装以及制孔刀具等发生接触产生的。典型机身蒙皮划伤，如图1[6]所示。从机身蒙皮表面划伤的产生原因可知，损伤产生过程中未受到冲击载荷，损伤处不会发生材料塑性变形，因此机身蒙皮划伤不会导致蒙皮出现裂纹。

大部分机身金属蒙皮材料为含包铝层的铝合金，其包铝层与铝合金之间结合紧密。根据铝合金材料规范，包铝层厚度一般为蒙皮厚度的5%，其厚度非常薄，因此划伤通常都会穿透包铝层，对铝合金本体造成损伤，最终导致疲劳裂纹的出现。机身金属蒙皮裂纹的扩展可能最终导致飞机出现爆炸性失压，出现灾难性的事故，因此机身金属蒙皮划伤的合理处置对飞行安全是十分重要的[7]。

1.2 机身蒙皮冲击损伤

机身蒙皮冲击损伤定义为一种在蒙皮垂直方向受到大于材料屈服强度的冲击载荷，导致表面出现塑性变形及表面破坏的损伤。生产制造阶段出现的机身蒙皮表面冲击损伤，根据损伤产生的原因可以分为两大类：（1）由于部件进行架上装配时，工具及零件不慎跌落砸在蒙皮上产生的砸伤;（2）在安装紧固件时，由于工人操作不当，铆枪或顶铁在机身蒙皮表面造成的磕伤。典型机身蒙皮冲击损伤如图2[6]所示。

蒙皮上的塑性变形会使得飞机的气动外形发生变化，增加飞行阻力并可能带来非正常的振动。蒙皮的塑性变形以及表面破坏处会导致在损伤处出现应力集中，在应力集中处容易出现疲劳裂纹，使得飞机的疲劳寿命降低。当损伤处所受冲击能量较大时，在蒙皮损伤处表面可能会出现裂纹。

1.3 机身蒙皮钻痕损伤

机身蒙皮钻痕损伤的产生原因是制孔时工人操作不当，典型的机身蒙皮表面钻痕如图3[6]所示。由于钻痕的产生过程与制孔过程相同，因此钻痕损伤处不会出现裂纹及蒙皮塑性变形，其损伤深度一般比较深，钻痕表面粗糙度较好。

2 机身蒙皮表面损伤处置方法

2.1 机身蒙皮表面划伤处置方法

机身蒙皮表面划伤的处置方法为：a）对划伤周围20倍损伤深度范围进行打磨，打磨范围示意图见图4，打磨后要求打磨区域与未打磨区域的过渡区之间过渡光滑，打磨区域的粗糙度不应低于图纸要求的粗糙度;b）对打磨区域进行阿洛丁处理;c）对打磨区域按图纸要求重新喷涂底漆及面漆。

2.2 机身蒙皮冲击损伤处置方法

当机身蒙皮出现冲击损伤时，由于外力冲击可能产生裂纹，因此处理机身蒙皮冲击损伤的第一步应为对损伤处进行无损检测判断是否存在裂纹[8]。

当损伤处未发现裂纹时，首先对蒙皮变形处进行校形，校形完成后对校形处再次进行无损检测，确保校形不会产生裂纹，后续按机身蒙皮表面划伤处置方法进行处置。

当无损检查报告显示表面损伤处存在裂纹时，须根据裂纹大小选择处理方法。

当裂纹长度小于0.198in时，在损伤处钻孔去除裂纹，去除裂纹后如果仍存在变形，则须对变形进行校形处理，校形完成后使用铆钉进行堵孔。堵孔时在蒙皮外侧浅锪窝，锪窝深度不超过0.5mm，紧固件制成头凸出零件表面部分铣平，对铆钉铣平处进行阿洛丁处理并喷涂底漆和面漆。

当裂纹长度大于0.198in时，根据裂纹大小切除损伤处蒙皮，制作垫板及加强板，垫板用于填充蒙皮切除处，保证处置后蒙皮外表面的气动性能，加强板安装在机身内侧。

2.3 机身蒙皮钻痕损伤处置方法

机身蒙皮钻痕损伤的特点与机身蒙皮表面划伤类似，不会出现变形及裂纹。当钻痕深度小于损伤处蒙皮厚度10%时，对钻痕附近20倍深度范围内进行打磨，打磨时保证不增加损伤深度，打磨后保证光滑过渡，后续对打磨处进行表面处理及补涂漆层操作。

对于钻痕深度超过损伤处蒙皮厚度10%的情况，且钻痕与相邻紧固件孔的净间距大于1.27mm时，将钻痕钻透，使用铆钉或埋头柱塞进行堵孔。使用铆钉堵孔时，在蒙皮外表面进行浅锪窝，锪窝深度不超过0.5mm，安装沉头铆钉，铆钉头凸出部分铣平，对铣平处进行阿洛丁处理并喷涂漆层。

对于钻痕深度超过损伤处蒙皮厚度10%的情况，且钻痕与相邻紧固件孔的净间距小于1.27mm时，对相邻紧固件孔进行扩孔，扩孔后消除了钻痕，使用衬套冷冻安装进行堵孔，在衬套中心制孔并安装紧固件。

3 总结

本文对飞机的机身蒙皮表面损伤进行了研究，具体内容包括以下两方面：

（1）对机身蒙皮表面损伤进行了分类，得出了机身蒙皮表面划伤、机身蒙皮表面冲击损伤及机身蒙皮表面钻痕这三种主要损伤形式，并对这三种典型损伤的产生原因及各自特点进行了说明。

（2）根据三种典型损伤的具体情况，给出了三种典型损伤的具体处置方法，为后续民用飞机金属蒙皮的制造损伤处置提供了思路。

【参考文献】

[1]牛春匀，等.实用飞机结构工程设计[M].航空工业出版社，2008.

[2]典型飞机蒙皮破损结构损伤容限研究.

[3]飞机结构修理中去除蒙皮边缘损伤的研究.

[4]基于Nastran_Patran对飞机蒙皮损伤修理技术的研究.

[5]波音如何处理787研制过程中的结构损伤.

[6]殷允信.波音飞机机身蒙皮划痕浅析[J].航空维修与工程，2014（6）：71-73.

[7]中国航空工业总公司第六四O研究所编.麦道飞机联络工程手册.航空工业出版社.1997.9.

[8]隋立军，原磊，李弢，等.民用飞机机身蒙皮修理的广布疲劳损伤试验研究与有限元分析[J].航空工程进展，2015，6（1）：59-63.