飞机蒙皮损伤与维修-毕业论文

海民航职业技术学院毕业论文专L工L₂千一姓指导教师：上海民航职业技术学院毕业设计(论文)I摘要飞机蒙皮是民用飞机商业运营中最易产生损伤的零部件。在航空业迅猛发展的条件下，为提高飞机的作业小时数和企业利润，必须使飞机机体的损伤得到快速修复，保持飞机的适航性。本文主要讨论飞机蒙皮损伤的修理方法，为飞机蒙皮的损伤得以修复。关键词：飞机蒙皮，损伤，修理方法上海民航职业技术学院毕业设计(论文)IAircraftskinisthemostsusceptibletodamageincivilaircraftbusinesscomponents.Withtherapiddevelopmentofaviationindustry,inordertoimprovetheoperatinghoursplaneandcorporateprofits,Airframedamagemustbemadetogetfastrepairandalsotokeeptheaircraftairworthiness.Thisarticlemainlydiscussestheaircraftskindamagerepairmethods,Fortheaircraftskindamagetorepair.KeyWords:Aircraftskin,damage,repairmethods.上海民航职业技术学院毕业设计(论文) 1第2章飞机蒙皮的作用及常见的损伤 32.1飞机蒙皮裂纹 32.2构件腐蚀后的特征 42.3意外撞击 53.1目视检测法 73.2超声波检测法 93.3X射线检测法 93.4凹坑测量仪检测 93.5划痕测量仪检测 第4章飞机蒙皮的修理方法 4.1蒙皮裂纹修理法 4.2蒙皮压坑修理法 4.3蒙皮破孔修理法 第5章修理方案的设计原则 第6章主舱门外蒙皮腐蚀修理 第7章蒙皮大范围损伤的修理 总结 参考文献 上海民航职业技术学院毕业设计(论文)1飞机蒙皮是指包围在飞机骨架结构外且用粘接剂或铆钉固定于骨架上，形成飞机气动力外形的维形构件。飞机蒙皮与骨架所构成的蒙皮结构具有较大承载力及刚度，而自重却很轻，起到承受和传递气动载荷的作用。早期低速飞机的蒙皮是布质的，即用纺织品包裹在木质或金属框架上，并在此基础上涂覆一层不透水、不透气的薄膜以满足飞行的需要。随着飞机飞行速度、飞行高度及自身重量的增加，金属蒙皮完全取代了布质蒙皮。目前，常规飞机的蒙皮材料主要采用高强铝、镁合金，某些高性能飞机采用钛合金或复合材料。民航飞机蒙皮主要用超硬铝合金，铝锌镁铜系，如2024.也有部分是复合材料，还有钛合金、合金钢等.现在的发展趋势是增加复合材料和钛合金的比例.如波音787,大约有一半是碳纤维合成材料.而777复合材料是11%.老747只有1%。如图1.1所示，复合材料逐渐在新型号飞机中大量被使用。图1.1波音787飞机材料分布随着全球飞机数量的增加，飞机老化的问题正在引起航空界越来越多的重视。由于更换新机的成本非常高昂，因此对飞机进行检修与维护就显得十分重要。飞机维护中一项重要的检测项目是对飞机蒙皮的检测。飞机蒙皮主要是构成飞机的外形，保持飞机良好气动性能以及承受和传递载荷。民航客机每次执行飞行任务时，客舱都要经历一次增\减压的过程，客舱的加强筋和蒙皮承受交变载荷作用，飞机多次飞行以后加强筋和外部铝蒙皮的连接处产生疲劳裂纹。另外，由于飞机大部分时间暴露在自然环境中，蒙皮和加强筋铆接处容易产生腐蚀(见图1.2),腐蚀的直接结果就是铝蒙皮和加强筋处出现材料损失并2上海民航职业技术学院毕业设计(论文)产生应力集中，这种由于腐蚀造成的材料损失和应力集中又会进一步加快疲劳裂纹的扩展。在腐蚀和交变载荷的作用下，裂纹扩展至临界裂纹长度后就会快速失稳扩展，最后导致结构破坏，这种结构破坏是造成空难事故的重要原因之一[1]。图1.2飞机蒙皮腐蚀1954年，英国彗星号大型喷气式客机连续两次坠入地中海造成机毁人亡的惨剧，事后分析时发现事故的原因是由于机身蒙皮在旅客窗口处出现疲劳裂纹而导致的机体结构的断裂破坏。另外，1983年美国波音747后增压隔框损坏、1988年美国Aloha航空公司的737客机机身顶部铝蒙皮吹落以及后来的KC-135和C-5飞机机翼的大范围开裂等都是由于飞机结构疲劳损伤导致的空难。2002年著名的台湾华航空难初步调查结果认为也是由于机体结构疲劳造成客机空中解体。“Aloha‘88’”引起了国际航空组织对老龄化飞机结构故障的重视，美国联邦航空局(FederalAviationAdministration—FAA)将老龄化飞机研究提上日程，重点在于检测技术方面，制定了系列检修方案。根据FAA规定，商业运营飞机每隔6年，或者累计飞行时间达到24000小时，或者经过12000次起降，必须进行结构疲劳损伤检查，结构检查主要包括机体疲劳裂纹和腐蚀的检查。同时要求每天都要对飞机进行必要的检测，主要以人工视觉检测为主，采用手工无损检测方法，但是飞机维修检测的工作质量易受工作人员的工作经验等人为因素的影响。这种高密度的检查提高了飞机的安全性，但耗费时间，同时也可能由于检查人员的疲惫厌倦造成疏漏。因此传统的检测存在劳动强度大、检测周期长、漏检率高等问题[2]。上海民航职业技术学院毕业设计(论文)3第2章飞机蒙皮的作用及常见的损伤飞机蒙皮的作用是维持飞机外形，使飞机具有很好的空气动力特性。由于飞机的运行环境恶劣，除正常飞行带来的疲劳损伤外，还有由于环境因素导致的结构腐蚀等等。所以飞机蒙皮不仅要求蒙皮材料强度高、塑性好，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力。飞机蒙皮的损伤大致可以分为由交变载荷造成的疲劳裂纹、由环境造成的蒙皮腐蚀以及意外损伤(撞击)三种。2.1飞机蒙皮裂纹飞机蒙皮结构在使用的过程中会产生不同类型的裂纹(图2.1所示),常见的裂纹有应力腐蚀裂纹、疲劳裂纹及腐蚀疲劳裂纹。分析构件裂纹的类型需要进行断口分析。断口分析包括宏观分析和微观分析两种，宏观分析是指用肉眼或者地被放大镜分析，后者使用光学显微镜研究断口。其中宏观断口分析是最常用的断口分析方法图2.1腐蚀裂纹疲劳断裂是指材料在交变载荷作用下发生的断裂。在宏观上，疲劳裂纹属于脆性断裂，上海民航职业技术学院毕业设计(论文)4可以分为三个区域-疲劳源、疲劳裂纹稳定扩展区和瞬时断裂区。疲劳区周围存在着以疲劳源为焦点的光滑、细洁的狭小区域。疲劳裂纹扩展区是疲劳断口最重要的特征区域，呈现贝壳状或者海滩状的细纹。瞬时断裂区是疲劳裂纹长度达到临界尺寸后所发生的瞬时断裂。2.2构件腐蚀后的特征依附在蒙皮表面的构件同时也会产生腐蚀，机身增压舱蒙皮上的铆钉，如果在铆钉头后部出现图2.2所示的尾迹，说明铆钉降低了连接作用和密封作用。由于铆钉漏气，当机身内充压时，就很容易使潮气进入到蒙皮接缝中，从而产生腐蚀。图2.2铆钉出现尾迹铝合金腐蚀的产物由于比铝合金体积大，积累的腐蚀产物可能比蒙皮鼓起，从而使铆钉处呈现微凹现象。当蒙皮上出现针眼大小的目视可见的小孔时，说明出现了腐蚀(见图2.3)。5上海民航职业技术学院毕业设计(论文)图2.3蒙皮小孔状腐蚀另外，当金属材料表面涂层变色，表示可能发生了腐蚀。图2.4蒙皮金属材料腐蚀2.3意外撞击飞机蒙皮的意外损伤是由于飞机在起降过程中受到异物撞击(如飞鸟、冰雹、飞沙等)后引起的损伤。飞机出现意外损伤后会发生蒙皮破损，蒙皮表面出现孔洞，如图2.5所示。如果出现撞伤情况，将会对飞机安全造成巨大的威胁。6上海民航职业技术学院毕业设计(论文)图2.5飞机撞击后产生孔洞由于飞机损伤后果破坏了飞机整体的良好空气动力性能，使损伤部位的蒙皮强度下降，承载能力下降，危及飞行的安全，严重时会造成空中解体，因此蒙皮损伤后第一时间发现是非常重要的。上海民航职业技术学院毕业设计(论文)7第3章飞机蒙皮的无损检测方法在飞机蒙皮检测中应用的无损检测主要包括：目视检测法，超声波检测法，X射线检测法，凹坑测量仪检测，划痕测量仪检测。3.1目视检测法目视检测法是指仅用人的眼睛或与一些辅助设备，对飞机构件表面做直接观察，发现构件表面损伤，并根据个人的技能和技术规范对损伤做出判断和评价。目视检测法可以借用的简单工具有：照明设备、放大镜、反光镜、测量器具和内窥镜等。在对飞机进行的维护工作中，目视检测法是最基本、最常用的检测方法。在对飞机进行其他的无损检测之前，对能目视到的部位，都应进行必要的目视检测法。为了保证飞行安全，在每次执行飞行任务前，驾驶员都必须确保飞机的状态良好。所谓状态良好，就是飞机的状态能保证它能圆满地完成所要执行的飞行任务，并且，机务人员要绕飞机一周目视检测飞机的整体情况，以确定飞机完全可以安全顺利地完成预定的飞行任务，如图3.1所示。图3.1绕飞机一周目视检查(一)对机体表面腐蚀损伤的目视检测>目视检测机体表面，若发现表面涂层变色、剥落、隆起或有裂纹，预示着可能有腐蚀发生。上海民航职业技术学院毕业设计(论文)8>表面有氧化膜保护层的金属构件上，如果发现氧化膜破损，而且在受损处有白色粉末，则可能发生了点腐蚀。>长期在湿度较大的气候环境中使用或停放的飞机，如果在铆钉头周围或蒙皮搭接处，表面涂层出现丝状隆起，在涂层下面发生了丝状腐蚀。>金属构件特别是挤压型材，一旦发生变形，表面隆起，预示着型材内部可能发生了层离腐蚀。>铝合金蒙皮表面出现较多的铆钉头凹陷，说明结构内部可能发生了腐蚀。(二)对飞机紧固件的目视检测>不是单个铆钉，而是成排铆钉向一个方向倾斜，说明铆钉的连接可能因承受的剪切力过大面产生破坏。>埋头铆钉钉头凸到蒙皮外面，并在周边发生卷边，说明铆钉因受拉力过大产生了松动。>用手按铆钉周围蒙皮，如果可以按动，并在铆钉头和蒙皮之间形成可以看见的缝隙，说明铆钉已经松动。>如果发现铆钉周围有黑圈，也表明铆钉已松动。这些黑圈是因为铆钉松动后，铆钉头与周围蒙皮研磨生成的金属粉末被污染而形成。(三)对表面裂纹的目视检测如果怀疑结构外表面某处有裂纹，也可以借助照明设备，放大镜等进行目视检测。检查前应将要检查的表面清洁干净，去掉污垢、灰尘，必要时，还应用去漆剂或喷砂、喷丸等方法，去掉表面保护涂层、腐蚀产物等。用手电筒检验表面裂纹损伤时手电筒光线应该从检查者对面射来，与检查表面成5°~45°角度，检查者眼睛应在反射光束的上方，如图3.2所示。[21集好化生反射人新光南上月人新在我a方体接合器图3.2目视检测上海民航职业技术学院毕业设计(论文)93.2超声波检测法超声波检测法可用于金属、非金属、复合材料制件的损伤探测，既可以检测工件内部的缺陷，也可以检测工件表面缺陷。超声波检测法就是利用超声波的特性来检测构件表面及内部的缺陷。超声波在传播的路径上，如果遇到细小的缺陷，如气孔、裂纹等，就会在界面上发生反射，检测者分析反射的声束，便可以发现缺陷并确定缺陷的位置。超声波是超声振动在介质中的传播，其实质是以波动形式在弹性介质中传播的机械振动。探伤所使用的超声波频率一般在500kHz~10MHz。特性：超声波传播能量大，对各种材料的穿透力都较强；又具有良好的指向性，频率越高，指向性越好；在介质中传播时，遇到界面会发生反射。超声波的优缺点：具有指向性好，穿透性强，对平面型缺陷十分敏感。但不适用于形状复杂或表面粗糙工件的损伤探测；若对工件中的缺陷作精确的定性、定量分柝，需要有参考标准。3.3X射线检测法X射线是一种电磁波，它与无线电波、红外线、紫外线、可见光等本质相同，具有相同的传播速度，但频率和波长不同。X射线波长短、频率高。因此，它具有许多与可见光不同的性质。工作原理：当用X射线透过被检查工件时，如有缺陷或损伤的部分就会在感光胶片上留下黑度较大的影像。优缺点：几乎适用于所有材料，而且对于被检测工件形状和表面几乎没有任何的要求；对被检测工件没有破坏和污染；可检测出表面缺陷和内部缺陷；能直观显示缺陷影像，便于对缺陷进行定性、定量分析和修理。但X射钱检测费用高，3.4凹坑测量仪检测凹坑测量是用专用的仪器检测蒙皮表面凹痕的深度、变形的尺寸情况。这是一种在目视检测蒙皮表面损伤时无法用眼睛观察的方法。上海民航职业技术学院毕业设计(论文)3.5划痕测量仪检测第4章飞机蒙皮的修理方法4.1蒙皮裂纹修理法的直径通常为1.5～2毫米，如图4.1所示。图4.1止裂孔位置的几种情况位铆接一块与蒙皮材料、厚度一样的加强补片，如图4.1.1所示。图4.1.1在修补部位进行加强修理4.2蒙皮压坑修理法上海民航职业技术学院毕业设计(论文)细加工整形，直到达到规定的外形，然后在切口背面铆补加强补片，如图4.2所图4.2变形蒙皮出现棱角时的整形与加强(1)确定切割范围(2)切割损伤部位(3)制作补片和衬片上海民航职业技术学院毕业设计(论文)角处确定4个铆钉，然后在2个铆钉间均匀地排列铆钉。当铆钉为两排时，应尽可能采用交错排列或并列排列，如图4.3所示。图4.3托底平补法上海民航职业技术学院毕业设计(论文)第5章修理方案的设计原则件拐角处要倒圆角，圆角半径最小为0.5in。区域的疲劳强度。试验征明，若原板厚度为0.036in,加强件厚度为0.04in,相当寿命为1,则将加强件厚度增加到0.072in时，相对寿命为0.65,疲劳寿命降低了35%。如果需要采用不同的材料，应该按照飞机结构修理手册第51章所要求进行第6章主舱门外蒙皮腐蚀修理参照手册B747-400结构修理手册SRM51-10-02,52-10-01或其他等效5.采用机械打磨法清除所有腐蚀(SRM51-10-02);有裂纹现象；确定打磨之后蒙皮的厚度是否在手册允许的范围(SRM(1)蒙皮上紧固件与紧固件的边距没有重叠处腐蚀，如图6.1所示。期7图6.1紧固件与紧固件重叠处没有腐蚀(2)蒙皮上紧固件与紧固件的边距重叠处腐蚀，如图6.2所示。上海民航职业技术学院毕业设计(论文)被登功第分器线发学担区统