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第四章第四章 飞机结构一般损伤及检测飞机结构一般损伤及检测 飞机在使用过程中，由于使用过载、操纵错误或维护不当等原因，常常会造成飞机结构的损伤，如飞机结构产生裂纹、变形、撞伤和烧伤等这些损伤降低了飞机结构的强度和刚度，影响飞机的气动性能，因此，必须对飞机结构的损伤进行及时的修理，以保证飞机始终处于良好的使用状态 飞机结构的损伤检测是指对损伤飞机进行损伤程度的检查和鉴定，其目的是为制定修理方案和实施修理提供依据飞机结构的损伤，有些是用肉眼观察，并辅以简单检查工具，便可发现；有些损伤则必须用专门仪器进行检测 14.1.1 按损伤程度分类飞机结构的损伤，按损伤程度可分为三类：(1)可允许损伤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伤等如轻微的变形、划伤和擦伤等2)可修理损伤可修理损伤是指结构损伤较严重，但能够进行修理的损伤3)不可修理损伤结构损伤严重已不能修复，或能修理但修理费用太高，在这种情况下可以局部或整体更换损伤件，达到排除故障的目的，这种损伤称为不可修理损伤 4.1 损伤的基本类型 24.1.2 按损伤原因分类(1)飞机正常使用造成的损伤飞机正常使用造成的损伤飞机在正常使用过程中产生的损伤主要包括：交变载荷引起的疲劳损伤、使用环境所造成的腐蚀损伤和结构设计不合理、制造工艺粗糙而产生的损伤等。

这类损伤在日常修理工作中占有很大的比例此类损伤具有以下规律：①承受冲击载荷的机构出现裂纹和断裂的情况最多，承受交变载荷的机构出现的裂纹、断裂和紧固件松动的情况比承受静载荷件多承受集中载荷的主要承力件，最易出现裂纹；结构件上的孔、开口、尖锐的缺口、半径很小的圆角、截面形状突然变化等应力集中部位，是裂纹的发源地②承受交变载荷的镁合金裂纹最多，铝合金件次之，合金钢件裂纹最少在铝合金件中，超硬铝件(LC)的裂纹多于硬铝件(LY)，防锈铝件(LF)裂纹较少③焊接件裂纹多于铸件，铸件多于钣金件，钣金件多于机械加工件2)飞机非正常使用维护所造成的损伤飞机非正常使用维护所造成的损伤此类损伤是指非正常操纵驾驶、维护不当在飞行中机件突发故障等原因所造成的损伤这类损伤大都是撞伤、擦伤和烧伤，机身上较多，机翼次之，尾翼部分较少 34.2 紧固件的损伤模式与检查 4.2.1 铆钉的损伤与检查 (1)铆钉的受力状态图4-1给出了铆钉的受力状态当飞机结构件受载荷户作用时，铆钉杆与铆钉孔之间产生挤压力p1铆钉头与埋头窝之间产生挤压力p2 埋头铆钉的受力情况 4(2)铆钉连接的静载荷破坏模式①剪切破坏剪切破坏是常见的铆钉破坏形式，表现为铆钉杆的破坏。

这种破坏是由于被连接件的相对滑移引起的如果铆钉杆的承载能力超出了材料的屈服极限，并且继续超载，则相邻板之间会产生永久性的滑移，使铆钉杆产生折曲当相对滑移量足够大时，铆钉杆产生剪切破坏②挤压破坏由图4-1可知，铆钉头在挤压力p2的作用下，边缘部分容易产生向上的弯曲变形，减弱了承担外载荷的能力；铆钉杆在挤压力p1的作用下，却难以移动因此，载荷户将主要作用在铆钉杆和铆孔上当蒙皮较薄时，铆孔在挤压力的作用下，容易扩大成椭圆形，造成铆钉松动，产生挤压破坏5(2)铆钉连接的静载荷破坏模式（续）③铆钉头破坏铆钉头除了受挤压力p2作用外，还要受到相当大的空气动力作用，如图4-2所示铆钉在复合拉伸应力的作用下，其边缘容易产生弯曲而翘起；对于厚板采说，引起铆钉头撬动的作用力，也可能破坏铆钉头 埋头铆钉受空气动力情况 6(3)铆钉的疲劳损伤与应力腐蚀损伤铆钉的疲劳损伤是由于承受交变拉应力而产生的这类损伤通常发生在结构振动环境严重或气动吸力高的部位，损伤形式多为铆钉断裂掉头铆钉在受到拉应力和环境的共同作用下发生的变质损伤称为应力腐蚀损伤这类损伤通常出现在埋头铆钉的头部和墩头部位铆钉发生疲劳损伤和应力腐蚀损伤后，都会使铆钉松动，降低构件的连接强度，因此，在修理工作中应经常注意检查。

7(4)损伤铆钉的检查损伤铆钉的最明显特征是铆钉在铆孔中发生松动现象修理时可根据以下特征确定铆钉是否松动：①当压动铆钉头旁边的蒙皮时，蒙皮离开铆钉头并形成肉眼可见的明显间隙，说明铆钉已松动②铆钉松动后，铆钉头与埋头窝之间将因摩擦而产生金属粉末，这种粉末与污物附在铆钉头与铆孔之间的缝隙内而呈现黑圈，过多时，还会在沿气流方向的后部出现黑色尾迹，如图4-3所示检查时，如果发现铆钉周围有黑圈或黑色尾迹，表明铆钉已松动，同时也表明蒙皮内表面可能产生腐蚀铆钉头后方出现黑色尾迹 8(4)损伤铆钉的检查（续）③铆钉头已凸出构件表面，或者发生卷边翘起现象，如图4-4所示，则说明铆钉的松动已经很严重④铆钉头周围的油漆层出现碎裂或裂纹，表明铆钉有可能错动或松动⑤一般情况下，钉头倾斜或铆钉松动将成群地出现，并且钉头多半向同一方向倾斜如果铆钉出现倾斜，但不成群地出现，并且不是向同一方向倾斜，那么这种钉头倾斜可能是由于铆接质量不高造成的 铆钉头边缘翘起 94.2.2 螺栓的损伤与检查 螺栓或螺钉的静载破坏模式与铆钉的静载破坏模式相同拧紧后的螺栓或螺钉是靠螺纹之间的摩擦力保持在拧紧状态的，如果在维护和修理过程中，拧得不够紧，螺纹之间的摩擦力就比较小，构件振动时，螺钉就会逐渐松动，甚至脱落。

另外，螺钉松动后，被固定的构件就会翘起，使飞机的空气动力性能变差，连接强度下降，并使雨水、尘土等容易进入机体内部，引起内部构件腐蚀因此，螺钉必须按规定拧紧此外，同一构件上各个螺钉的拧紧度必须一致否则，紧者容易损伤，松者容易脱落，而且蒙皮也会因受力不均匀而翘曲飞机结构上的连接螺栓常见的损伤是断裂和裂纹螺栓通常用于飞机结构的主要承力部位，承受较高的交变应力，因此，容易产生疲劳裂纹同时，高强度钢材制成的螺栓对氢脆、镉脆和应力腐蚀都很敏感，如果热处理状态、电镀工艺不当或装配后承受较高的装配轴向拉应力，很容易使螺栓发生氢脆断裂、镉脆断裂或沿晶应力腐蚀裂纹 104.3 含裂纹构件的检测 4.3.1 裂纹的类型和特征 飞机结构件的裂纹，按其形成和扩展的原因，可分为：疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹和腐蚀疲劳裂纹三类；此外，还有振动或意外撞击引起的裂纹按照裂纹形态特征分类，裂纹可分为宏观裂纹和微观裂纹两大类宏观裂纹是指用无损检测方法所能探测的最小长度的裂纹，按其形态特征又可分为：网状裂纹(或称龟裂纹)、直线状裂纹和弧形裂纹网状裂纹的特征呈龟壳网状，一般情况下深度较浅，是一种表面裂纹；直线状裂纹常呈单条分布，这种裂纹一般垂直于结构的主应力。

最典型的直线状裂纹是由于发纹、划痕或非杂物扩展而成；弧形裂纹通常沿材料横向单条分布，有一定的角度，呈圆弧形或略呈圆弧形微观裂纹是指用放大倍数和分辨率优于光学显微镜的方法所能观察到的裂纹，按裂纹扩展途径又可分为：沿晶裂纹、穿晶裂纹和混合裂纹三种 114.3.2 构件裂纹的检测 检查构件裂纹有两种方法：一种是用放大镜进行目视检查，这种方法的优点是简单方便，随时随地可以检查，而且不受被检测材料性质的限制另一种检测方法是使用专门的探伤设备进行无损检测，它包括射线检测、超声波检测、磁粉检测、涡流检测和渗透检测等各种检杏方法的灵敏度见表4-1 各种检查方法的灵敏度 124.4 蒙皮鼓动的检查 飞机蒙皮固定在梁、桁、肋、框等构件上，除和这些构件一起承受机体结构的扭矩和弯匀外，还承受着空气动力载荷或其他分散载荷在这些载荷作用下，如果蒙皮上的应力超过该材料的屈服极限，就会产生永久变形，使蒙皮伸长，形成鼓起或下陷(如图4-5所示)这种蒙皮如果在交变载荷或冲击载荷作用下，容易时而鼓起，时而下陷，在鼓起与下陷的过程中，常常会发出“咕咚”的响声这种现象，通常叫做蒙皮鼓动 蒙皮鼓动是蒙皮伸张变形的结果在修理中—般用按压法检查。

用大拇指或手掌心 按压蒙皮，若蒙皮产生下陷或产生下陷后其它处鼓起，松开手后，蒙皮立即自动弹回(或弹不回来)并伴有响声，则说明该处蒙皮产生了鼓动 蒙皮鼓动 134.5 飞机撞伤的检查 4.5.1 飞机强迫着陆撞伤的检查 飞机未放下起落架在泥地强迫着陆时，如图4-6所示，机身下部直接撞击地面，并擦地滑行，使机身下部擦坏，同时，因机身接地不稳，还可能擦伤机翼翼尖 飞机强迫着落起 14当飞机撞伤情况不严重时，通常主要是机身下部和机翼翼尖的蒙皮擦坏，隔框、翼肋、桁条等构件产生局部的变形和破裂；当飞机撞伤严重时，不仅会出现上述损伤，而且可能使机身下部大梁弯曲、出现裂纹，许多下部框板严重损坏对于强迫着陆飞机的检查，应以机身下部为重点检查时，应着重检查机身结构是否变形，机身下部大梁和主要加强框的损坏情况；然后，进—步检查机翼翼尖以及其他构件的损伤情况机身结构是否变形可通过飞机水平测量的方法判断大梁是否有裂纹，通常用放大镜检查即可发现，对钢制大梁，可用磁力探伤机探伤大梁是否弯曲，可以从与大梁连接的蒙皮和铆钉进行判断如果蒙皮发皱，铆钉松动较多，表明大梁已弯曲变形各加强框下部的变形情况，框板上接头位置是否改变，加强型材是否损坏等，可用飞机水平测量及目视观察等方法检查。

至于其他的框、肋、桁条和蒙皮的损伤，通过细心察看，即可判断4.5.1 飞机强迫着陆撞伤的检查（续） 154.5.2 飞机用一个主起落架和前起落架着陆后撞伤的检查 当飞机的某一主起落架未放下，利用另一个主起落架及前起落架着陆时，如图4-7所示，未放主起落架一侧的机翼翼尖部分，将撞击地面并与地面摩擦这种情况发生后，轻则伤及翼尖部分，重则使整个机翼弯曲变形如果飞机转弯过急，还可能使起落架出现裂纹或折断 机翼翼梁是否产生弯曲变形，通常可用飞机水平测量的方法检查如果机翼的下反角减小，说明大梁已产生弯曲变形根据翼梁沿翼展方向为一直线的特点，可用直尺检查，找出变形部位如图4-8所示为用直尺检查翼梁的情况如果直尺与翼梁表面贴合，说明翼梁没有弯曲；如果直尺与翼梁表面之间有间隙，则说明翼梁有弯曲变形，间隙愈大，弯曲变形的程度也愈大 飞机一个起落架未放下着落时的情况 用直尺检查机翼横梁的情况 164.5.3 飞机着陆冲出跑道后撞伤的检查 飞机冲出跑道后，通常会造成前起落架和机身前部的损伤由于跑道外的土质松软，前起落架受到的阻力急剧增加，如图4-9所示，轻则使固定起落架的机身框板变形，重则使前起落架构件裂纹或折断。

机身前部的损伤主要是下部蒙皮和构架的破损、变形和裂纹等损伤 飞机冲出跑道 对于这类损伤主要检查损伤部件的破损、裂纹和变形情况，重点是前起落架的检查检查方法可采用目视检查、探伤检测和水平测量等 174.5.4 飞机着陆不良尾部擦地后撞伤的检查 飞机着陆不良，引起尾部擦地，如图4-10所示，通常只伤及机身尾部下面的蒙皮和构架，擦地严重时，还可能使后机身产生向上的弯曲变形 后机身是否产生向上的弯曲变形，通过飞机的水平测量进行检查；机身尾部下面的蒙皮、隔框等构件的损伤情况，通过目视观察便可判断 飞机尾部擦地 184.6 飞机烧伤的检查 飞机的烧伤通常是由于接头漏油或油料导管爆破遇到高温而引起的飞机在烧伤过程中，由于各部位所受到的温度不同，烧伤的程度也不一样检查的目的，就是要划分未烧伤、轻微烧伤和严重烧伤的区域与范围并根据其烧伤程度，分别采用不同的修理方法 飞机各部位烧伤的轻重程度决定于该部位所受温度的高低，为此，有必要分析一下各部位在各种不同温度的影响下，材料的硬度、强度降低的情况，以便正确地划分未烧伤区、轻微烧伤区和严重烧伤区4.6.1 烧伤区域的划分 19对淬火硬铝构件组成的机体结构来说，如果机体某部位在烧伤中所处的温度在250℃以下，结构冷却后，材料组织将产生回归现象，材料的硬度、强度基本保持不变，这样的部位通常称为未烧伤区(如图4-11所示虚线左边)，不需要修理。

4.6.1 飞机烧伤的检查（续） 如果机体某部位在烧伤中所处的温度在250℃~510℃之间，淬火硬铝内部过饱和固溶体中的铜原子将逐渐析出，使材料的组织发生变化，材料的硬度、强度将随之降低，这样的部位通常称为轻微烧伤区修理时，需要进行加强如果机体某部位在烧伤中所处的温度在510℃以上，这就接近或超过淬火硬铝的熔化温度，材料内部的晶粒将迅速增大，并开始熔化，材料的硬度、强度将大大降低，这样的部位通常称为严重烧伤区，其构件必须全部更换 温度对LY2C硬度的影响 204.6.2 烧伤范围的确定 检查飞机的烧伤情况时，首要任务是确定轻微烧伤区与严重烧伤区以及未烧伤区的分界线，由于严重烧伤区存在着起泡、变形、裂纹或烧熔等特征，因此，严重烧伤区与轻微烧伤区的分界线容易判断，而轻微烧伤区与未烧伤区的分界线往往需要通过以下方法进行确定 (1)色泽比较法根据试验，罩光漆层的颜色，在温度升高时将发生变化当温度在200℃以下时，颜色基本不变温度升高到200℃以后，变为柠檬色；250℃以后转为金黄色，继而焦黄；到400℃时漆层开始烧毁因此，从罩光漆层由柠檬色转入金黄色的分界线，即为250℃线，可以大致划定轻微烧伤区与未烧伤区的界线。

对于涂有黄色底漆和经黄色阳极化的铝合金，受热后颜色的变化基本也是如此，但各温度下的颜色相应暗一些 214.6.2 烧伤范围的确定（续） (2)硬度测定法色泽比较法虽然能迅速划出轻微烧伤区与未烧伤区的大致界线，但是，罩光漆层的颜色变化是逐渐过渡的，再加上其他因素的影响，往往难以准确判断因此，还必须通过测定硬度的方法确定测量硬度时，可选用便携式硬度计或锤击式布氏硬度计进行测量如图4-12所示，首先在根据色泽比较法划出来的界线的A处进行测量，如果该处的硬度合乎规定，说明该处的硬度没有降低，根据颜色变化划出的界线ABCD是正确的如果硬度低于规定，说明根据颜色变化划出的界线不够准确，这时，需要在A以外的正点处重新测定硬度，如硬度合乎要求，则根据正点重新划定轻微烧伤区与未烧伤区的界线如果仍不达到要求，还需继续向外测定硬度，直到找出轻微烧伤区与未烧伤区的界线 蒙皮烧伤的检查 22例如：LYl2材料的洛氏硬度为56HRB，相当于抗拉强度为3.92×108Pa；LC4材料的洛氏硬度为80HRB，相当于抗拉强度为5.10×108Pa小于这个数值时，就应该加强修理或者更换新件 4.6.2 烧伤范围的确定（续） 234.6.3 确定烧伤范围时应注意的一些问题 试片硬度的测定，需在飞机烧伤72h以后进行。

这是因为淬火硬铝在烧伤后，内部组织处在不稳定状态，开始阶段材料的硬度、强度较低，以后硬度、强度又逐渐提高，经过72h以后，内部组织才能稳定这时，进行硬度测定才能准确在划定烧伤区域时，应考虑飞机是在空中燃烧，还是在地面燃烧空中燃烧，散热条件好，热影响区就小；地面燃烧，散热条件差，热影响区就大如果燃烧的部位具有内、外两层蒙皮，由于夹层间的空气具有隔热作用，在划定内外蒙皮的烧伤范围时，应有所区别飞机燃烧时间的长短，对烧伤区域的判断也有影响在相同温度条件下，受热时间长，颜色会变得深一些，强度也会降低多一些对于飞机框、桁、梁烧伤的处理也是这样如果它们的材料与蒙皮相同，则可按蒙皮烧伤的程度处理；如果材料与蒙皮不同，应区别对待在机体结构具有内、外两层蒙皮的部位，隔框与内外蒙皮相连，一般认为隔框的烧伤程度与内蒙皮相同；桁、梁的烧伤程度与连接它的蒙皮相同 24。