赵萌1 李彦增2
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摘要：飞机蒙皮起着传递应力维护气动外形等重要作用，因此做好飞机蒙皮修理工作非常重要，其能够保障飞机安全和任务正常执行，特蒙皮维修也是越来越受到重视。在飞机结构修理去除蒙皮边缘疲劳裂纹时，去除深度和半径对蒙皮的疲劳品质有很大的影响。
关键词：结构修理；疲劳裂纹；允许损伤
飞机蒙皮以其特有的外形结构来维持飞机的飞行，其主要作用是在飞行中形成良好的气动力。飞机在飞行过程中又将承受到的空气动力传递给机身、机翼和骨架，受力情况非常复杂。由于飞机的蒙皮需要与空气等外界物质直接相接触，所以对飞机蒙皮的材料性能要求非常高，如塑性和强度，且材质表面要十分光滑，具有较强的耐腐蚀性。
一、飞机损伤分类
1.按损伤的程度分为：（1）可允许损伤：是指不需要做任何修理或仅做简单修理的损伤。（2）可修理损伤：某些比较严重或必须进行修理的损伤。（3）不可修理损伤：对于严重损伤，已不能修复或者在经济上不适于再修理的损伤件，需要局部或整体更换，以达到排除故障的目的，这种损伤称为不可修理损伤。例如：发动机吊架中的控制钢索，维修手册规定允许有一根断丝，当300mm内有二根断丝或全长上有超过3根断丝时，必须更换；对锈蚀的钢索，在磨损区域有线磨损截面达到40％时则必须更换。铝合金管不允许有开裂，或超过壁厚10％的擦伤和刻痕，否则必须更换，这些就是不可修理损伤。如果擦伤和刻痕不超过壁厚的10％，而且不在弯曲处，则可以修理，这种损伤属于可修理损伤。
2.按照损伤的原因分为：（1）非正常使用造成的损伤：飞机在飞行和起飞、着陆过程中，由于各种原因，使飞机承受过大的使用载荷，常常会造成结构损伤；当遇到意外撞击、鸟击或雷击时，将造成机翼前缘、机头、风档及发动机进气道等部位的局部损伤；当重着陆或粗暴着陆时，飞机的垂直惯性力过大，将造成起落架及其附近结构的损伤；飞机及发动机的操作失当：例如在超过襟翼放下限速时放下襟翼，将造成襟翼及操纵机构的过载而导致损伤；（2）非正常维护行为所造成的损伤：飞机在停机或维护过程中，由于非正常维护行为或其它原因也会造成飞机结构的损伤(刮伤、划伤及撞伤等)；（3）正常使用中的损伤：这种损伤通常包括疲劳损伤、腐蚀损伤、摩擦磨损损伤及紧固件松动损伤；由交变载荷所造成的疲劳损伤是飞机结构和发动机的常见损伤；水银以及人的排泄物等对飞机结构的腐蚀等，特别是超高强度铝合金零件，对腐蚀比较敏感，容易出现问题；发动机及附件中运动部件的摩擦磨损是运动部件损伤失效的主要形式(微动腐蚀/磨损)。过度磨损使运动间隙增加、机构的性能变坏并引起非正常振动和冲击，使损伤进一步扩大，飞机结构件之间的相对摩擦，也会造成磨损，甚至导致磨损疲劳裂纹。腐蚀敏感区通常包括废气尾迹区、电瓶舱间、机身舱底、起落架、轮舱和外表蒙皮等。飞机结构件之间通常采用铆钉或螺钉(或螺栓)连接在一起，这些紧固件长期处在交变载荷、腐蚀以及振动环境下，可能产生松动损伤。
二、对飞机结构修理中去除蒙皮损伤的方法和措施
蒙皮边缘的常见损伤有划伤、变形、裂纹和破孔等。
1.蒙皮轻微损伤的修理。（1）蒙皮出现鼓动的修理方法。蒙皮上出现鼓动时应该采用的方法包括整形、挖补、加强、更换蒙皮和材料垂直方向的确定，型材在搭接时要根据与之相邻的一端蒙皮的形状和搭接方式来确定下陷的程度或是弧度。
（2）蒙皮出现压坑的修理方法。蒙皮上出现压坑就会影响蒙皮表面的光滑程度。蒙皮压坑修理的方法主要包括以下几种情况：压坑极为细小，分布较为分散并且尚未影响内部结构的完整性，则无需修理；压坑浅分布面积大，这种情况只需要用表面光滑的榔头或是木顶来进行修理即可；压坑深分布面积小，这种情况较难处理，可以在出现压坑的位置钻取一个直径为4cm左右的孔洞，用弯钩拉起并锤击四周压坑位置直至恢复原状，再用铆钉封口；压坑深并且有棱角出现时，首先在局部退火后把棱角线向整形拉起，为了防止棱角线扩大以至于出现裂纹，需要钻孔并打光孔的周围，最后添加补片。
2.蒙皮出现裂纹时如何修理。蒙皮上出现裂纹就会降低飞机的结构强度，而且在受力过程中还会使裂纹的情况不断发展扩大。修补裂纹的方法有两种，分别是钻止裂孔和铆接加强。飞机蒙皮上裂纹较短的时候可以采用钻止裂孔的方法。选取止裂孔的位置时要十分谨慎，如果孔的位置没有钻在尖端，就不会起到消除应力场奇异性的作用。若止裂孔钻在裂纹的中间部位，前缘位置被忽略，则在钻孔时还有可能出现新的裂纹，对飞机蒙皮造成二次伤害。如果钻孔的位置太靠近前缘部位，裂孔的发展方向就无法确定，裂纹就有可能扩展到另一侧，未能起到真正止裂的效果。只有准确找到钻孔的位置才能有效抑制裂纹的扩展，消除应力场的奇异性。若在蒙皮上的裂纹较长且程度较深的情况下只采取钻孔止裂的方法，只能消除裂纹尖端位置的应力场奇异性，但在止裂孔的位置仍存在较高的应力作用，而止裂孔在强烈的交变载荷作用之下，裂纹仍会继续发展扩大。因此飞机蒙皮上裂纹过长时，就需要在有裂纹的部位加补一块原蒙皮材质及理化性质相同的加强片。在蒙皮外部铆补加强片的时候应注意制留倒角，其宽度应大于板厚的三倍。
3.蒙皮出现破孔时如何修理。蒙皮表面出现破孔时修理的方法要视孔洞破坏的程度来定，蒙皮破孔的修理方法可分为以下几种。（1）蒙皮破孔较小时的修理方法。若飞机蒙皮上出现的破孔半径较小且对蒙皮的结构强度影响微乎其微时，就可以采取无强度修理的方法。这种方法不需要考虑蒙皮强度，只要恢复表面气动性能即可。具体情况分为：破孔的半径处于2.5mm以下时，可以直接采用铆钉或拉铆钉堵住就可以；破孔的半径在2.5~8mm的范围内，则可以采用螺栓等零件将其堵住；若破孔的半径处于8~15mm之间，则必须采用口盖的方法将孔洞堵住。（2）蒙皮破孔的一般处理方法。蒙皮出现破孔一般都是采用托底平补法，主要是将蒙皮受到损伤的部位割整齐后用补片堵住，然后以衬片托底，将其与蒙皮连接成为一个整体。注意事项：切割线一般应不超过损伤范围5mm；为了便于制作补片和衬片，需将蒙皮损伤处切割成规则的形状（如圆形、长圆形、矩形等）；切割线的直线部分应与构架（即梁、桁、肋、框）相平行，并与构架保持一定距离，以便铆接衬片。（3）修理蒙皮破孔时的强度计算。修补蒙皮破孔时，必须使衬片有足够的强度。衬片通常是用与损伤蒙皮材料相同、厚度相等的板材，衬片的强度一般不需进行计算，但需计算接缝处的铆钉数，一般分为两种情况：长轴垂直于桁条的长圆孔和圆孔时铆钉数的计算；长轴平行于桁条的长圆孔和矩形时铆钉数的计算。（4）施工存在难度的位置蒙皮破孔的修理。飞机某些较容易修理的部位类似后机身，可以直接从蒙皮的内部到达受损部位，通过放置补片和铆接的方法来进行修理。但是对于机翼、尾翼或进气道等特殊位置修理就会存在较大的难度，很难从蒙皮的内部对其进行处理，所以对于这种情况就要充分利用切割孔进行施工。（5）双层蒙皮出现破孔的修理方法。对于飞机双层蒙皮的位置出现破孔的情况时可以采用以下方法进行修理。若蒙皮上裂纹的长度较短时，可以采用错修的方法来进行处理。若裂纹的长度大于2mm且小于构件宽度的2/3时，可以在裂纹的最末端处钻取直径为2mm左右的止裂孔，然后添加补片。
总之，结构修理的第一步是去除结构损伤，然后才能判断结构损伤是否超出允许损伤的标准，以便决定是否需要对损伤的结构采取加强修理，因此进一步加强对其的研究非常有必要，需要我们重视。
参考文献：
[1]刘建.飞机结构修理中去除蒙皮边缘损伤的研究[J].科技风，2018
[2]施瑞.飞机结构修理中去除蒙皮边缘损伤的研究[J].科学技术与工程，2018