彭宏偉 胡聰 楊盼/航空工業(yè)長(zhǎng)沙五七一二飛機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司

1 事件描述

一架飛機(jī)在起飛過(guò)程中右機(jī)輪爆胎，緊急減速后飛機(jī)仍沖出跑道，飛機(jī)右機(jī)翼、右輪轂及副油箱受損，事故未造成人員傷亡。飛機(jī)起飛時(shí)掛裝副油箱，起飛重量接近12t。

2 飛機(jī)損傷情況

損傷集中在右機(jī)翼下翼面，有兩個(gè)較大損傷區(qū)域：右機(jī)翼下翼面第1 肋中段損傷，肋邊向內(nèi)撕裂，損傷面積約為5cm×23cm；前下壁板肋邊向內(nèi)撕裂，損傷面積約為5cm×23cm（見圖1）。

右機(jī)翼下翼面油箱艙后下壁板有一處面積約為16cm×13.4cm 的損傷，損傷處距離第1 肋14cm，距離主梁46cm，距離后梁47cm。拆開機(jī)翼上翼面油箱口蓋，發(fā)現(xiàn)中隔板與后下壁板在損傷處存在裂紋，裂紋止于螺栓孔，長(zhǎng)度約為70mm（見圖2）。

圖1 機(jī)翼第1肋中段損傷圖

圖2 下翼面油箱艙后下壁板損傷圖

3 修理原則的制定

3.1 修理原則

1）結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)按等強(qiáng)度原則。結(jié)構(gòu)修復(fù)要保證強(qiáng)度、剛度、疲勞要求；可拆卸的損傷零件應(yīng)更換為滿足該架飛機(jī)技術(shù)狀態(tài)的新零件；飛機(jī)原位修復(fù)和局部補(bǔ)強(qiáng)，修復(fù)后的結(jié)構(gòu)及連接強(qiáng)度不低于原結(jié)構(gòu)。

2）修理后滿足相關(guān)技術(shù)條件關(guān)于對(duì)縫間隙、階差的要求；修理不影響飛機(jī)氣動(dòng)外形。

3）結(jié)構(gòu)修理中對(duì)蒙皮對(duì)縫階差、間隙、對(duì)接、搭接處進(jìn)行防腐蝕處理，鉚接完成后對(duì)各艙涂底漆，機(jī)加件、鈑金件的制造需符合技術(shù)條件要求。

4）與修理工作相關(guān)的結(jié)構(gòu)零部件、相關(guān)系統(tǒng)管路、線纜或設(shè)備在分解后開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)修理，所有分解的零件和非標(biāo)緊固件應(yīng)懸掛標(biāo)識(shí)、分類存放，經(jīng)檢修合格后應(yīng)原位安裝，避免串用，不得隨意丟棄。

5）機(jī)翼安裝后需結(jié)合進(jìn)行全機(jī)水平測(cè)量以驗(yàn)證機(jī)翼外形。

3.2 修理要求

1）修理采用等強(qiáng)度原則，使修好的部位保持原來(lái)的強(qiáng)度和剛度以及氣動(dòng)外形，并盡可能控制飛機(jī)重量的增加。

2）所有鋁零件均應(yīng)進(jìn)行陽(yáng)極化處理，陽(yáng)極化處理后涂鋅黃底漆。

3）緊固件的直徑、邊距、排距、鉚距和墩頭尺寸等均應(yīng)符合強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)及工藝要求。

4）修理完成后需要進(jìn)行氣密、油密試驗(yàn)以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)。

3.3 強(qiáng)度計(jì)算

3.3.1 右機(jī)翼下翼面第1 肋中段修理處強(qiáng)度計(jì)算

如圖3 所示，根據(jù)損傷大小和結(jié)構(gòu)情況，切除機(jī)翼下翼面約190mm×85mm 的受損區(qū)域。對(duì)蒙皮修理部位進(jìn)行等強(qiáng)度計(jì)算，基本數(shù)據(jù)包括：σb為修理部位材料的抗拉強(qiáng)度，483MPa；B1為修理部位損傷挖去的寬度，85mm；B2為修理部位損傷挖去的長(zhǎng)度，190mm；T為修理部位厚度，2.5mm；Q為30CrMnSiA 材料M5 螺栓破壞剪力，13400N；對(duì)縫接合埋頭螺釘單邊個(gè)數(shù)n=BTσb/Q，代入上述數(shù)值寬n1≈7；長(zhǎng)n2≈18。

根據(jù)切割區(qū)域大小，通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算公式n=BTσb/Q得出選用30CrMnSiA 材料M5 螺栓能滿足靜強(qiáng)度要求，按緊固件排列公式對(duì)螺釘進(jìn)行排布，確定修復(fù)方案。確定方案后，對(duì)該區(qū)域修復(fù)后機(jī)翼?yè)p傷部位結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、釘載情況進(jìn)行數(shù)值模擬（見圖4）。

據(jù)美方官方統(tǒng)計(jì)，2017年中國(guó)對(duì)美國(guó)出口金額為5056億美元，而美國(guó)對(duì)中國(guó)的逆差金額為3752億美元，導(dǎo)致許多持零和博弈觀點(diǎn)的美國(guó)政界人士強(qiáng)烈不滿，近年來(lái)從倡導(dǎo)“自由貿(mào)易”調(diào)整為僅維護(hù)本國(guó)利益的“貿(mào)易保護(hù)主義”，這對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生諸多不利影響。

如圖5 所示，該區(qū)域最大釘載6078N，最小厚度2.5mm，孔擠壓系數(shù)1.4，最 小 凈 邊 距11mm，σb為 下壁板所用2124-T851 鋁合金極限強(qiáng)度440MPa，計(jì)算得到孔擠壓安全裕度為0.27，孔剪切安全裕度為1.39。損傷部位結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與釘載均低于設(shè)計(jì)許用值，釘孔擠壓與剪切裕度均大于0，滿足靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

圖3 第1肋中段前下壁板損傷切割圖

圖4 第1肋中段前下壁板損傷區(qū)域數(shù)值模擬圖

圖5 第1肋中段前下壁板損傷區(qū)域數(shù)值模擬

3.3.2 右機(jī)翼下翼面油箱艙后下壁板修理處強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)損傷大小和結(jié)構(gòu)情況，切割右機(jī)翼下翼面油箱艙后下壁板與中隔板，如圖6 所示，確定后下壁板損傷區(qū)域，按標(biāo)記切割損傷區(qū)域，面積約為200mm×340mm。

對(duì)蒙皮修理部位進(jìn)行等強(qiáng)度計(jì)算，基本數(shù)據(jù)包括：σb為修理部位材料的抗拉強(qiáng)度，483MPa；B為修理部位損傷挖去的寬度，240mm；T為修理部位厚度，2.5mm；Q為30CrMnSiA 材料M5 螺栓破壞剪力，13400N；對(duì)縫接合埋頭螺釘單邊個(gè)數(shù)n=BTσb/Q，代入上述數(shù)值n≈22。

根據(jù)切割區(qū)域大小，通過(guò)計(jì)算得出選用30CrMnSiA 材料M5 螺栓能滿足靜強(qiáng)度要求，按緊固件排列公式對(duì)螺釘進(jìn)行排布。確定排布后，對(duì)該區(qū)域修復(fù)后機(jī)翼?yè)p傷部位結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、釘載情況進(jìn)行數(shù)值模擬（見圖7）。

圖6 右機(jī)翼后下壁板損傷切割圖

如圖8 所示，最大釘載9058.3N，最小厚度2.5mm，孔擠壓系數(shù)1.8，最小凈邊距11mm，σb為蒙皮所用2124-T851 鋁合金極限強(qiáng)度440MPa，計(jì)算得到孔擠壓安全裕度為0.1，孔剪切安全裕度為0.6。損傷部位結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與釘載均低于設(shè)計(jì)許用值，釘孔擠壓與剪切裕度均大于0，滿足靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

4 修理實(shí)施

4.1 結(jié)構(gòu)修復(fù)

1）根據(jù)損傷大小和結(jié)構(gòu)情況，切割已損傷的蒙皮，以便進(jìn)一步檢查損傷情況。

圖7 后下壁板損傷區(qū)域數(shù)值模擬圖

圖8 后下壁板損傷區(qū)域模擬結(jié)果圖

圖9 右機(jī)翼下翼面第1肋中段損傷修復(fù)完成圖

3）根據(jù)損傷蒙皮形狀和大小，采用原機(jī)蒙皮材料2124-T851 新制補(bǔ)板，采用30CrMnSiA-δ1.5 制作加強(qiáng)件，機(jī)上配裝加強(qiáng)件和補(bǔ)板。

4）配裝完成后，對(duì)30CrMnSiA加 強(qiáng) 件 進(jìn) 行 熱 處 理 至σb=（1176±100）MPa，表面處理鍍鋅。

5）安裝螺栓HB1-130-5×L 連接墊板與加強(qiáng)板、加強(qiáng)板與前下壁板。該區(qū)域?qū)儆谟拖鋮^(qū)域，需要進(jìn)行密封處理，螺栓緊固時(shí)需采用濕裝配。在機(jī)翼修理過(guò)程中，油箱區(qū)修理所有緊固件必須濕裝配，油箱密封應(yīng)先涂增粘底涂NJD-1，對(duì)修理區(qū)域采用XM-22B 膠進(jìn)行密封處理，右機(jī)翼下翼面第1 肋中段損傷修復(fù)見圖9，右機(jī)翼后下壁板修復(fù)見圖10。

圖10 右機(jī)翼后下壁板修復(fù)完成圖

4.2 油箱試驗(yàn)

1）常溫氣密檢查：常溫下通壓力，保持20min，壓力不下降，試驗(yàn)合格。

2）無(wú)壓充油停放試驗(yàn)：將油箱置于停機(jī)狀態(tài)，充油80%停放24h，不滲漏，試驗(yàn)合格。

3）有壓充油停放試驗(yàn)：將油箱置于停機(jī)狀態(tài)，充油80%，充壓停放2h，不滲漏、壓力不下降，試驗(yàn)合格。

4）強(qiáng)度試驗(yàn)：油箱在常溫下，充油80%，充壓，保持5min，不滲漏、壓力不下降，試驗(yàn)合格。

5 結(jié)論

該事故飛機(jī)機(jī)翼?yè)p傷嚴(yán)重，涉及整體油箱等關(guān)鍵部位，修復(fù)風(fēng)險(xiǎn)和修復(fù)難度大。經(jīng)過(guò)對(duì)事故飛機(jī)機(jī)翼的損傷分析、評(píng)估，開展強(qiáng)度計(jì)算，實(shí)施對(duì)應(yīng)的修理措施，實(shí)現(xiàn)了機(jī)翼整體修復(fù)的目標(biāo)，保證了飛行安全。該機(jī)修復(fù)后，經(jīng)機(jī)翼氣密、油密試驗(yàn)以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)，整機(jī)裝機(jī)后進(jìn)行水平測(cè)量，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，投入使用后工作正常。本次事故機(jī)機(jī)翼修復(fù)可為同類損傷的修理提供參考。