【内容摘要】通过对影响某型飞机襟翼及襟翼舱蒙皮裂纹、铆钉松动脱落的各种因素进行分析，提出了改进措施。
关键词：襟翼 蒙皮 铆钉 裂纹
0 引言
某型飞机襟翼及襟翼舱包括内襟翼、内襟翼舱、外襟翼及外襟翼舱，在外场使用过程中，屡次出现内襟翼、内襟翼舱、外襟翼及外襟翼舱上表面蒙皮裂纹、掉钉等现象。从外场的修理资料反映，出现裂纹现象的架次已达到飞行总架次的80%。从外场故障统计结果来看，裂纹的产生多位于蒙皮与隔板的铆接处，掉钉现象多出现在襟翼舱尾缘条附近双面埋头铆钉处。蒙皮裂纹、铆钉松动脱落如不及时修理，将威胁飞机的飞行安全。为遏制其进一步发展，减少蒙皮裂纹、铆钉松动脱落的产生，必须分析故障产生的原因，采取措施，改进设计。
1 襟翼及襟翼舱蒙皮裂纹、铆钉松动脱落情况统计
从问题产生的部位看，内襟翼舱的主要问题是襟翼舱后部掉钉问题，普遍存在于各机型，裂纹问题较少；内襟翼的裂纹问题主要集中在内、外两作动筒下方蒙皮，以及内、外滑轨两侧的前缘隔板及肋隔板上。外襟翼及襟翼舱主要是裂纹问题，裂纹在外襟翼及襟翼舱的分布比较分散，主要集中在外襟翼1肋、34肋周围及两端上蒙皮位置，襟翼舱下部蒙皮滑轨或作动筒周围。
2 襟翼及襟翼舱蒙皮裂纹、铆钉松动脱落的原因分析
导致襟翼及襟翼舱蒙皮裂纹、铆钉松动脱落的故障的因素很多，如载荷、气动力、使用环境、原始缺陷、材料等。经分析，认为产生故障的原因主要有以下几个方面：
2.1 结构刚度
内襟翼结构局部刚度较弱。内襟翼出现裂纹最多的部位7肋、3肋、1肋前缘隔板厚度仅0.6mm，且所有前缘隔板在缘条通过处开缺口且未加强；作动筒下蒙皮是2张仅0.8mm厚的平板，刚度较弱。加之此处因结构形式所限，曲面无法连续，导致此处易出现涡流从而引起隔板或前缘上蒙皮裂纹。
2.2 铆钉选用
内襟翼铆钉直径较小，导致铆钉承载能力弱。内襟翼舱靠近尾缘条处，采用双面埋头钉进行铆接，铆钉材料为LF10,抗剪强度小，加之铆钉直径较小，容易产生掉钉现象。
2.3 铆接方法
选用的铆钉锪窝深度过深造成应力集中。
根据统计，飞机蒙皮裂纹往往是从连接件周围开始出现。内襟翼及内襟翼舱蒙皮的材料为LY12-CZO，厚度为1.0mm、0.8mm，蒙皮与骨架型材的典型连接是采用120°埋头铆钉铆接；连接铆钉的埋头窝深度大于蒙皮厚度，应力集中系数Kt极大；锪窝后，蒙皮上铆钉孔孔边会出现锐边，锐边效应将导致连接孔的疲劳寿命大幅度下降；该处的结构细节设计不满足现代飞机承力结构的疲劳设计要求。
外襟翼及外襟翼舱蒙皮的材料为LY12-CZO，厚度为0.8mm、0.6mm，蒙皮与骨架型材的典型连接采用压窝法铆接；采用压窝法对窝的深度、窝的轴线与孔的轴线一致性（楔形件除外）要求较高，如果在铆接装配时压窝过深、或窝的轴线与孔的轴线同轴度不符合要求，也会引起裂纹或掉钉现象；从铆钉连接形式分析，压窝法的疲劳强度较差，这也是产生裂纹、掉钉的原因之一。
2.4 装配间隙
装配间隙的存在造成装配应力偏大。
在装配时，为了消除装配间隙，加大了压铆力，蒙皮与骨架之间就存在较大的装配应力，这使铆钉始终处在受拉状态。飞机经过若干次飞行后，蒙皮与骨架之间出现间隙，铆钉孔边会产生初始裂纹，随着飞行次数的增加，孔边的初始裂纹会进一步扩展。
2.5 振动环境的影响
由于未进行飞机振动环境测试，除襟翼载荷和襟翼气动力分布外其他因素对振动环境的影响无法估计，不能排除振动环境改变而导致裂纹的出现。
在随机振动和噪声环境中，由于构件刚性不同，振动频率不同，结构受到高频不规则强烈振动时，构件之间会发生剧烈碰撞和磨擦，作为结构连接件的铆钉直接受其影响。在刚性较弱，连接单薄和不紧密的结构连接处，例如，仅有两构件连接的型材与蒙皮之间、型材与铆钉之间因碰撞磨擦而产生间隙，或使原有间隙加速加大间隙量，最后导致铆钉孔扩大和铆钉松动或脱落。
2.6 气动力
某型飞机低速全模测压风洞试验结果表明，安装机翼过渡梁与不安装机翼过渡梁，在襟翼及襟翼舱的各个测量剖面，气动压力分布没有明显改变，表明机翼过渡梁对襟翼及襟翼舱的气动压力分布没有影响；由于结构变化引起气动力分布的改变，对其振动环境没有影响。
2.7 原因分析结论
根据以上分析得出，导致裂纹及掉钉现象的主要原因是：
（1）结构局部刚度较弱；
（2）铆钉直径较小，导致铆钉承载能力弱；
（3）选用的紧固件锪窝深度过深造成应力集中；
（4）装配间隙的存在造成装配应力偏大。
3 改进措施
由于襟翼及襟翼舱结构处于特殊的工作环境中，其作用不可改变，因此总的改进设想是提高结构的承载能力，提高结构在此环境下的抗疲劳耐久性，改善装配质量。
根据现代飞机的疲劳、损伤容限和耐久性设计要求，给出以下改进方案：
（1）更改结构铆接形式
上表面所有埋头铆钉改为冠状铆钉，锪窝深度不大于1.0mm。
冠状铆钉铆接为干涉配合铆接，它可以降低铆钉孔的孔边应力幅值，使结构的疲劳寿命有较大幅度的提高，从而可以延缓裂纹的萌生并降低了裂纹的扩展速率，且采用冠状铆钉后对襟翼及襟翼舱的外形和表面的气动力分布没有影响。
（2）更改结构材料厚度
内襟翼：将内襟翼隔板的材料厚度由0.8mm改为1.0mm。
外襟翼：将外襟翼上蒙皮的材料由LY12改为2024，厚度由0.6mm改为0.8mm。
更改结构材料的厚度可提高结构的疲劳寿命。
（3）对锪窝质量进行控制
锪窝前，工人先在试片上调好锪窝套，用窝量规检查，合格后再在产品上锪窝。
（4）对铆接装配应力进行控制
装配时严格控制蒙皮与骨架之间的贴合间隙，做到间隙大绝对不强迫铆接，针对存在装配间隙的区域制作合理厚度的垫片，保证所加垫片与蒙皮、骨架之间贴合间隙小于0.5mm，再进行铆接。
对外场飞机，发现掉铆钉的现象应及时补铆，补铆时如发现存在装配间隙，将钉直径加大进行补铆。发现裂纹现象时，可采用钻止裂孔的办法来处理；或采用挖去裂纹区蒙皮，再用加强板加强的方法来处理。
大修和改装飞机时对襟翼及襟翼舱上表面蒙皮进行详细检查，发现铆钉松动进行补铆，发现裂纹进行修复，若在同一块蒙皮上出现多处裂纹，可将蒙皮更换或贯彻新生产飞机的改进措施。
4 结束语
襟翼及襟翼舱属于振动部位，但某型机在该处的结构细节设计不满足现代飞机承力结构的疲劳设计要求，蒙皮和隔板材料较薄，所选用铆钉锪窝深度较深等已严重影响到襟翼及襟翼舱蒙皮和隔板的抗疲劳性能，加之装配时产生的装配应力偏大，造成蒙皮裂纹较多及个别部位多处掉钉，以上所给出的增加蒙皮或隔板厚度及更换铆钉的方案工艺可行，结构改进合理。
参考文献
[1] 陶梅贞.现代飞机结构设计[M].西安：西北工业大学出版社,1997
[2] 王宝忠.飞机设计手册-第10 册 结构设计[M].北京:航空工业出版社,2000