飛機鋁合金結構的修理方法和應用
一、飛機鋁合金的結構及特點
1. 蒙皮的結構及特點
蒙皮是包圍在機翼骨架外的維形構件，用粘接劑或鉚釘固定於骨架上，形成機翼的氣動力外形。蒙皮除了形成和維持機翼的氣動外形之外，還能夠承受區域性氣動力。早期低速飛機的蒙皮是布質的，而如今飛機的蒙皮多是用硬鋁板材製成的金屬蒙皮。
a340垂直尾翼表面蒙皮
機身蒙皮與機翼蒙皮的作用和構造相同。如衍樑、衍條、蒙皮、隔框的不同組合、可以形成機身的不同構造形式。如果蒙皮較厚，則衍樑、衍條、隔櫃可以較弱；如果蒙皮較薄，則上述骨架也應該較強、較多。
機身蒙皮
2 梁的結構及特點
2.1翼梁
翼梁是最主要的縱向構件，它承受全部或大部分彎矩和剪力。翼梁一般由凸緣、腹板和支柱構成（如圖所示），剖面多為工字型。翼梁固支在機身上。。
凸緣通常由鍛造鋁合金或高強度合金鋼製成，腹板用硬鋁合金板材製成，與上下凸緣用螺釘或鉚釘相連線。凸緣和腹板組成工字型梁，承受由外載荷轉化而成的彎矩和剪力。
2.2衍條與桁梁
衍條的形狀、作用與機冀的衍條相似。桁條是用鋁合金擠壓或板材彎制而成，鉚接在蒙皮內表面，支援蒙皮以提高其承載能力，並共同將氣動力分布載荷傳給翼肋。衍樑的形狀與衍條相似，但剖面尺才要大些，其作用與翼梁相似。
不同剖面的桁梁（１—蒙皮 ２—桁梁）
桁梁式機身（１—桁梁 ２—桁條 ３—蒙皮 ４—加強隔框 ５—普通隔框）
典型梁式機翼的結構
高比強鋁合金機翼
3. 長桁的結構及特點
長桁（桁條）是與蒙皮和翼肋相連的構件。
各式桁條
4. 隔框的結構及特點
隔框沿機頭到機尾分布，數量很多，主要作用是形成並保持機身的橫剖面形狀，同時它與析條、衍樑、蒙皮等連線在一起參加整體受力。隔框的外形和剖面形狀很多隔框又分普通隔框和加強隔框。加強隔框須承受如機冀、尾翼、起落架、發動機通過接頭傳遞而來的集中力。
故材料和結構都比普通隔框強。
各類隔框型別
5. 翼肋的結構及特點
形成並維持翼剖面之形狀；並將縱向骨架與蒙皮連成一體；把由蒙皮和桁條傳來的空氣動力載荷傳遞給翼梁。
普通翼肋的作用是將縱向骨架和蒙皮連成一體，把由蒙皮和桁條傳來的空氣動力載荷傳遞給翼梁，並保持翼剖面的形狀。
加強翼肋就是承受有集中載荷的翼肋。
翼肋結構
翼肋骨架
二、飛機鋁合金結構的修理方法
2.1 蒙皮的修理方法
蒙皮的常見損傷：劃傷、變形、裂紋和破孔等。
蒙皮損傷的後果：
破壞了飛機的良好氣動效能
使損傷部位的蒙皮強度降低，承載能力下降
危及飛行安全。
鋁合金蒙皮分：單板蒙皮、整體壁板。
單板蒙皮（按厚度不同）分：薄板蒙皮、整體蒙皮。
2.1.1蒙皮輕微損傷的修理
蒙皮輕微損傷：
蒙皮某些部位產生輕微的鼓動、壓坑或劃傷等。
① 蒙皮鼓動的修理
主要採用整形加強
挖補 更換蒙皮
加強型材（或盒型材）的方向應垂直或平行於桁條，並至少與相鄰的構件搭接一端
根據蒙皮的形狀和搭接形式將加強型材製出相應的下陷或弧度
② 蒙皮壓坑的修理
蒙皮上的壓坑，主要是破壞了蒙皮的光滑表面。
壓坑微小，分布分散、且未破壞內部結構，則不必修理。
壓坑較淺，範圍較大，用無銳角且表面光滑的榔頭和木頂塊修整。
壓坑較深，範圍較小，不易整平時，可在壓坑處鑽直徑為4～5mm孔，用適當的鋼條打成鉤形，拉起修平， 然後用螺紋空心鉚釘堵孔。
壓坑較深，範圍較大時，可在壓坑處開直徑為10～16mm的施工孔，用鉤子鉤住，鎚擊蒙皮四周使其恢復平整。然後安裝堵蓋鉚釘堵孔。
壓坑較深，範圍較大時，可在壓坑處開直徑為10～16mm的施工孔，用鉤子鉤住，鎚擊蒙皮四周使其恢復平整。然後安裝堵蓋鉚釘堵孔。
壓坑較深，且出現稜角，整形比較困難。
2.1.2蒙皮裂紋的修理
鑽止裂孔
蒙皮上的裂紋較短時（一般小於5mm），可採用鑽止裂孔（直徑通常為1.5～2mm）的方法止裂。
蒙皮上的裂紋較長時，除鑽止裂孔外，還需在裂紋部位的內部鉚補一塊與蒙皮材料相同、厚度相等的加強片。
2.1.3 蒙皮破孔的修理
蒙皮小破孔的無強度修理
2.1.4蒙皮大範圍損傷的修理
修理措施：
必須更換部分蒙皮，才能恢復其強度和外形。
蒙皮大範圍損傷往往伴隨骨架損傷，為了保持飛機的外形。
修理順序：先骨架後蒙皮。
2.2 梁緣條和長桁的修理方法
損傷型別：缺口、裂紋、斷裂等。
2.2.1 缺口的修理
◆ 寬度較窄的缺口（一般小於5mm）：
沿構件的截面方向測量）
只需將缺口銼修成光滑的弧形，用砂紙打光後塗上底漆即可。
◆ 寬度較寬的缺口：（沿構件的截面方向測量）
需把缺口切割整齊，用填片填上缺口，並鉚上加強片。
缺口的修理
2.2.2裂紋的修理
◆ 裂紋長度較小（不大於2mm）時：採用錯修法。
◆ 裂紋長度大於2mm，小於構件一邊寬度的2/3時：在裂紋的末端鑽φ2～2.5mm的止裂孔後，用加強片加強
◆ 裂紋長度大於構件一邊寬度的2/3時：在裂紋的末端鑽φ2～2.5mm的止裂孔後，用與構件相同的型材進行加強。
如便於整根取下：採用更換的方法修理，即取下斷裂構件，用材料相同、規格相等的型材，製作新構件，按原孔鉚接。
如不便於整根取下：則接補（型材）修理。
2.3 隔框和翼肋的修理方法
典型損傷：範圍較小的變形、裂紋或破孔，也可能產生範圍較大的損傷。
修理的要求：恢復損傷框、肋的外形和強度。
2.3.1變形的修理
框、肋的變形多出現在框、肋的腹板上，可採用整形的方法恢復平整。
如果整形後仍有鼓動，可在變形部位鉚接加強片或型材，以提高框、肋的穩定性。
2.3.2裂紋的修理
框、肋上的裂紋長度＜5mm時：對框、肋的強度削弱不多，修理時可在裂紋端頭鑽直徑1.5～2mm止裂孔後使用。
對於在減輕孔、槽口等原切口邊緣處出現的不大於5mm的裂紋，可將裂紋銼修圓滑，不必加強。
當框、肋上的裂紋長度＞5mm，但未超過框、肋截面高度的1/3時：
修理方法:裂紋末端鑽止裂孔。鉚一塊與框、肋材料相同、厚度相等的加強片。
當框、肋上的裂紋長度超過框、肋截面高度的1/3時,使框、肋的強度降低很多，應按框肋的斷裂方法修理。
2.3.3破孔的修理
隔框斷裂的修理
三、飛機鋁合金結構損傷的事例
圖3.1飛機蒙皮的大面積更換
上圖為gameco（廣州飛機維修工程****）為南航一架b-737cl飛機完成了兩張整體蒙皮的更換工作。所更換蒙皮的面積之大，尚屬國內首例。此項工作是gameco根據南航要求，依照廠家工程指令對所指定的b-737飛機後機身sta727-907站位下方兩側s20-s25之間兩塊長度接近7公尺，寬近2公尺的整張蒙皮進行改裝更換，以此達到飛行安全要求。
整個工程涉及有關區域幾百個部件的拆卸和重新安裝，上萬個新緊韌體孔必須確保同時精確定位，每塊大約14平方公尺的新蒙皮又務必與存在多曲度方向的機身輪廓完美貼合。gameco工作團隊通過不斷研究探索，面對和克服了許多由這次首例改裝帶來的技術和施工難點，包括由於新舊蒙皮外形尺寸和雙向曲度都存在差異造成的定位困難、多處搭接帶重要緊韌體的重新定位、以及多處蒙皮補片的重新修復等。
圖3.2 飛機裂紋檢測
-200和伊爾-18飛機上進行了測試試驗，對機械人的氣動系統、機械結構、控制系統、通訊系統、導航系統及目標檢測系統進行了全面測試，取得較好效果。該機械人系統可攜帶視覺及電渦流感測器，進行飛機蒙皮裂紋與腐蝕等結構缺陷的無損自動檢測。目前只有美國等少數國家正在進行該項研究並已取得了實用性成果。
飛機表面爬行機械人的研究成功對提高對飛機表面缺陷的檢測精度，縮短飛機的檢修維護時間，保障檢查人員的人身安全，具有重要意義。
圖3.3 f15出現蒙皮裂紋
美國《空軍時報》報道由2023年11月2日密蘇里州空中國民警衛隊一架f-15戰機發生墜毀事故所引起的檢查中，現又發現了具有相同裂紋的第9架f-15「鷹」戰鬥機。
據密蘇里州墜機事故調查委員會的領導稱，其所關注的問題是f-15戰機蒙皮下的前金屬縱樑，該梁主要支撐駕駛艙和加固該戰機。
圖3.4 框結構改裝
ameco順利將乙個重達1.6噸的尾翼垂直安定面從一架a340飛機上拆下，開始為其實施機身站位80框至87框結構框的改裝。
四、 實際損傷結構的修理
4.1蒙皮大範圍損傷的修理
修理措施：
必須更換部分蒙皮，才能恢復其強度和外形。
蒙皮大範圍損傷往往伴隨骨架損傷，為了保持飛機的外形。
修理順序：先骨架後蒙皮。
4.2更換蒙皮的方法
施工步驟：
切割損傷蒙皮，製作與鉚接襯片，配製新蒙皮，安裝定位和對縫，鉚接新蒙皮。
具體步驟：
（1）切割損傷蒙皮
（2）製作與鉚接襯片
（3）配製新蒙皮並安裝定位與對縫
（4）鉚接新蒙皮
步驟（1）：切割損傷蒙皮
切割新蒙皮，注意事項：
切割線與構架平行，在轉角處要挫修成圓角，防止應力集中；
為增加接縫處的穩定性，切割線要靠近構架，但切割線必須和構架保持一定距離（一般為40～50mm），以便鉚接襯片。
當損傷靠近蒙皮原有的接縫時，應用原接縫進行接補。
切割線應盡可能避開鉚釘。
切割下的舊蒙皮，不要隨便剪開或損毀，以便作為製作新蒙皮和新蒙皮鑽製鉚孔的參考。
損傷蒙皮切割後，鑽去所有與骨架相連的餓鉚釘，便可將其拆除
步驟（2）：製作與鉚接襯片
襯片的兩種形式：
襯片是乙個整條時：桁條、肋框需要製作下陷，使桁條、肋框和蒙皮之間有乙個間隙，以便襯片從間隙中順利通過。
特點：蒙皮接縫處的穩定性較好，但施工較困難，多用於受力較大的部位。
襯片分段時：襯片應作下陷或彎邊，以便和構架鉚接為一整體。
葉榮平 飛機鋁合金結構的修理方法和應用
2011 2012學年第一學期 航空維修技術 作業 專業任選課，考查課程 專業 機械設計製造及其自動化 班級學號 姓名授課教師 飛機鋁合金結構的修理方法和應用 主要內容 據統計,鋁和鋁合金要佔一架飛機總重量的70 而飛機的結構件大部分是由鋁合金材料構成。飛機的機體結構通常是由蒙皮和骨架等組成。蒙皮用...
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