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摘要:随着社会的发展,航空航天产业也得到了快速的发展。飞机蒙皮作为飞机的皮肤,如果皮肤损伤会直接对飞机的安全造成威胁。因此,关于飞机蒙皮失效的分析研究具有重要的意义。本文首先对飞机蒙皮失效进行了概述,详细探讨了飞机蒙皮失效的维修对策,旨在保证飞机的安全稳定运行。
关键词:飞机;蒙皮;失效
飞机结构与系统和发动机是独立研发的,蒙皮设计作为飞机整体结构设计的一部分。飞机机体结构是一个庞大的复杂结构体,要做到每个结构细节都尽善尽美几乎是不可能的。而且设计计算偏差、加工制造误差、使用维护不当等均有可能导致某些结构产生故障或失效。飞机的蒙皮暴露在空气中,是事故的多发地带。结构疲劳断裂、腐蚀失效、动强度破坏等时有发生。疲劳开裂与腐蚀失效对飞机结构的功效会产生重要影响,特别是对于主承力结构,一旦开裂与腐蚀失效危及飞机的完好性。在我国,航空工业是最早、最广泛应用信息技术的行业之一,其中部附件维修业是很重要的组成部分,但其产业信息化工作由于受制于某些传统观念,只侧重于以提高某个环节效率为目的的单项技术应用,在全面提升企业运作效率为目的的信息技术综合应用方面,与国际先进行业的差距较大。在国外,失效分析已经成为一个独立的体系,失效分析体系的建立对各行各业的帮助十分明显。尤其对航空航天产业来说更是重要。飞机蒙皮作为飞机的皮肤,如果皮肤损伤会直接对飞机的安全造成威胁。所以对飞机蒙皮进行失效分析很有必要。飞机的蒙皮像皮肤一样保护着飞机不受外界因素的干扰。如果飞机的蒙皮失效,则对飞机产生很大的影响,轻者造成金钱损失,重则危害生命。
1飞机蒙皮失效概述
1.1飞机蒙皮失效分析方法
结构故障的变现形貌都为断口、裂纹、腐蚀或多种破坏形貌共存。首先通过目视检查,大体判断结构判断的类型和性质。通过扫描电镜等检测手段,细致观察断口的微观形貌特征确认构件开裂的属性;同时,利用能谱仪等材料分析手段,检测材料成分是否发生偏析,是否存在外来腐蚀介质。通过由表及里的检查与检测,基本可以最终确定构件故障或失效的机理,为摸排故障或失效原因提供基本依据。弄清故障或失效机理后,首先查清设计问题,包括传力路径、结构构型、设计选材、细节设计、强度计算、工艺要求的原理性、是否有超差件装机使用等。这是构件出现故障或失效可能的“内因”所在,必须深人、细致地对待每一个环节,因为这直接决定着后续排故或设计改进工作的方向与成败。当构件原设计清查工作完成并确认无误后,需要研究发生故障或失效的构件与周边零(部)件之间的关系,其中包括载荷和环境。查找是否存在原设计中被遗漏或忽略的载荷与环境,并回过头来分析这些载荷或环境对故障或失效构件的影响程度。这是构件出现故障或失效可能的“外因”所在,也是构件改进设计或补强设计的输人条件。必要时,可借助于地面试验或验证飞来甄别“外因”是否客观存在。
1.2产品失效致因论
“产品失效致因论”认为“产品的失效一般都可归纳为某一(或某些)零部件的失效,而某一(或某些)零部件的实效又可归纳为材料失效,并表现为材料的累计损伤和性能退化两大类”。“从材料科学和工程的角度出发,把产品的失效归结为材料的失效,而材料的失效又归因为材料的原始缺陷或在复杂使用环境下的累计损伤和性能退化这种对失效致因产品失效还有更深层次的原因,也可以说是根本性的原因,即管理失控”。从管理失控为根本原因的产品失效致因模型中可以看出,设计错误竟是产品的失效的关键因素之一。而“设计错误主要表现在计算错误、选材错误、采用标准或规范不当、细节设计失误、图样绘制差错、假设(判断)使用条件失误、未做到的可靠性试验、寿命估计评估失误、未进行必要的应力分析(如装配应力、热应力、表面残余应力、应力集中)、未考虑可维修性设计”。
2飞机蒙皮失效的维修对策
2.1机蒙皮故障拆装顺序
(l)首先由喷漆部门褪漆。(2)再由拆装部门拆除机身的壁板、导轨等。(3)再由航电部门拆除蒙皮下方的线路。(4)再由探伤部门确定蒙皮损伤区域。(5)匀再由饭金部门根据探伤结果修补。(6)最后由整新部门封胶。
2.2飞机结构修理要求
飞机结构设计思想已经进人贯穿可靠性设计思想的耐久性/损伤容限设计阶段。由于飞机在服役过程中,特别是老龄飞机,结构开裂的不可避免的,因此,飞机机体结构的合理修理对于延长结构的服役寿命和保证结构的安全使用具有十分重要的作用。维修后的结构应满足结构维修准则要求和使用的经济性要求。静强度准则:修理后的结构在该部位最大受载使用工矿的情况下,在115%实际限制载荷的作用下结构不能发生影响功能的大的残余变形;在100%的极限载荷作用下结构不会破坏;耐久/损伤容限准则:维修后的结构能满足飞机的剩余经济寿命要求,而不再需要更多的修理,即就是在剩余寿命要求,而不再需要更多的修理,即就是在剩余寿命期间维修后的结构可能开裂,但其具有足够的裂纹扩展寿命,不会产生广布疲劳损伤具满足部位的最大受载使用工况的剩余强度载荷要求的剩余强度;动强度要求:维修后的结构不会由于结构配置的不合理在服役中产生有害的附加振动;要求补片层和蒙皮的刚度比在1.0一1.5之间;可检性要求:修理后的结构的疲劳薄弱部位是明确的,且能够暴露出来,便于通过简单的无损检测方法及时发现可能出现的裂纹,以保证服役安全经济性要求:维修方便、省工、省时、花费少,且工程上易于实施;要求结构的维修成本加上维修过程中影响的营运的损失费用应比结构可能的更换成本加上更换工程中影响营运的损失费用小的多。分析和试验验证要求:飞机飞行安全结构的维修方案必须通过分析和试验验证以保证其满足适航要求。
3结束语
综上所述,关于飞机蒙皮失效的分析研究对保证飞机安全稳定的运行具有重要的作用,因此要进一步提高和完善飞机蒙皮失效的维修对策,这样才能促进航空航天产业的快速发展。
参考文献:
[1]陈李萍,张铁利.关于飞机蒙皮失效的分析研究[J].科技与企业,2016(10):255-256.
[2]苏景新,白云,关庆丰,邹阳.飞机蒙皮结构表面涂层失效的电化学阻抗分析[J].中国腐蚀与防护学报,2013,33(03):251-256.
[3]白杰,付仁合,王伟.非包容性失效条件下飞机蒙皮厚度的算法[J].工程设计学报,2010,17(06):444-448.
[4]孙炜海.锥头弹丸正撞击下金属靶板破坏模式的理论和数值模拟研究[D].合肥:中国科学技术大学工程力学系,2009:44-56.