巴文亮 中國民航飛行學(xué)院新津分院

一、故障情況

2016年9月28日，國內(nèi)某通航飛行學(xué)院PA44-180型飛機B-3592 飛機執(zhí)行本場起落航線帶飛訓(xùn)練，15:21飛機切過彭山機場高度900m調(diào)速時發(fā)現(xiàn)左發(fā)油門沒有響應(yīng)，經(jīng)過多次調(diào)整仍然沒有反應(yīng)，左發(fā)動機功率始終保持在巡航功率（進氣壓力21英寸處）。機組報告塔臺：“3592左發(fā)油門操縱失效?！彼_立即啟動應(yīng)急預(yù)案，通知本場飛機脫離避讓，同時指揮該機在空域等待。該機到達本場進入五邊后，飛行指揮員指揮機組按照應(yīng)急程序檢查單執(zhí)行關(guān)閉左發(fā)程序?qū)嵤﹩伟l(fā)著陸。15:59該機安全著陸滑回關(guān)車。后經(jīng)機務(wù)檢查發(fā)現(xiàn)左發(fā)動機端固定油門鋼索支架四顆鉚釘全部斷裂（見圖1）。

圖1：鉚釘斷裂圖

二、原因分析

（一）斷口宏觀相貌

斷裂鉚釘表面基本完整，有輕微腐蝕及擠壓等損傷，但未見明顯磨損以及拉長等變形特征。斷裂位置均在釘頭截面過渡根部，斷口整體平坦，高差不大（見圖2）。四顆鉚釘通過固定支架鉚接在發(fā)動機汽化器進氣盒上，支架上部通過兩顆螺栓固定發(fā)動機油門鋼索。當(dāng)操縱油門時，鉚釘將承受由油門操縱鋼索運動（或運動趨勢）所產(chǎn)生向上的應(yīng)力，該應(yīng)力對鉚釘形成了逆時針的力矩，最終在往復(fù)交變載荷下發(fā)生疲勞斷裂。

圖2：斷口宏觀相貌

（二）斷口微觀形貌

鉚釘斷口為多源斷裂特征。主源由多個小線源組成，位于斷口下方邊緣，起源于鉚釘頭截面過渡位置的表面，主源擴展區(qū)可見明顯的疲勞弧線特征。次源斷口上多處存在從邊緣起源的放射棱線，斷裂區(qū)可見二次裂紋形成間距較寬的疲勞條帶，邊緣為窄小的剪切韌窩瞬斷區(qū)（見圖3）。

圖3：斷口微觀形貌

（三）鉚釘斷裂結(jié)論

從外觀上看，通過能譜分析可知四顆鉚釘均為鎂鋁合金材料（見圖4），鉚釘表面與固定支架接觸位置未見明顯磨損痕跡，并無明顯塑性變形，說明鉚釘與支架不存在磨損等異常情況。鉚釘上承載的應(yīng)力主要來至油門鋼索的運動產(chǎn)生的應(yīng)力，應(yīng)力方向朝著鉚釘頭方向。由于該應(yīng)力是由固定支架傳遞于鉚釘上的，相當(dāng)于一個逆時針的力矩作用；從數(shù)據(jù)分析上看，鉚釘斷裂于釘頭與釘身的截面過渡位置，斷口交平坦，高差不大。斷口均為多源特征，由多個小的線源組成，斷口上可見疲勞弧線特征，且間距較寬，應(yīng)力較大。綜上所述鉚釘?shù)臄嗔言驗榘l(fā)動機油門鋼索在往復(fù)操作時因交變載荷作用造成四顆鉚釘大應(yīng)力疲勞斷裂。

圖4：鉚釘材料能譜分析圖

三、PA44-180飛機鉚接工藝

機體構(gòu)件通常都采用鉚接修理。鉚接修理是在構(gòu)件損壞，用鉚釘（叫做結(jié)合件）鉚上一塊材料（叫做接補件），來使構(gòu)件恢復(fù)承載能力的。以原構(gòu)件損傷處斷面的破壞載荷為依據(jù)來計算補接件和結(jié)合件，使補接件和結(jié)合件的強度等于原構(gòu)件的強度。如果修理后修理部件的強度低于原構(gòu)件的強度，那將在構(gòu)件承受載荷時可能因為修理部位首先損壞而使整個構(gòu)件失去作用；反之，修理部件的強度大大超過原構(gòu)件的強度，不僅會增大飛機的結(jié)構(gòu)重量，還會引起局部剛度過大而使構(gòu)件產(chǎn)生損壞?？傊?，鉚接修理應(yīng)按照等強度原則修復(fù)，即補接件、結(jié)合件和原構(gòu)件三者的強度是相等的。PA44-180飛機具體鉚接工藝如下：

1.清潔鉚接件：去除鉚接件內(nèi)外表面的滑油、油漆、銹蝕和灰塵等。

2.選擇鉚釘：根據(jù)鉚接件的材質(zhì)、厚度和安裝位置確定采用的鉚釘類型。

3.確認(rèn)鉚接形式：根據(jù)鉚接部位的不同，確定所采取的鉚接形式；根據(jù)鉚接件受力情況的分析，確定鉚釘?shù)你T距、邊距和排距。

4.拆除舊鉚釘：用中心沖在鉚釘頭上沖出一個中心眼，選擇直徑小于鉚釘柄的鉆頭，將鉚釘頭鉆掉，鉆孔深度以鉚釘頭的高度而定。用直徑小于鉚釘柄的沖子輕輕地將鉚釘柄沖出。鉚釘去除后，更換鉚釘時，要求使用與拆下件相同的鉚釘。更換埋頭鉚釘時，應(yīng)使用相同類型和埋頭角的鉚釘。當(dāng)鉚釘孔被拉長時，變形或其他損傷時，使用緊鄰的較大號碼的鉚釘作為替換。不能用強度偏低的材料制作鉚釘。

5.鉆孔：在鉚接件上需要鉚接鉚釘?shù)奈恢勉@孔，以便插入鉚釘?？讖降拇笮?yīng)比鉚釘柄直徑大。

6.鉚接：將鉚釘插入鉚釘孔，使用頂鐵和手錘等工具進行鉚接。鉚接過程中注意合理安排鉚釘墱頭的布置，控制錘擊的力量和速度，防止鉚接件的變形。

7.鉚接后質(zhì)量檢查：包括蒙皮表面不準(zhǔn)有劃傷、壓坑，接縫間隙要合乎規(guī)定；鉚釘孔徑應(yīng)合乎規(guī)定，埋頭窩孔深淺度和埋頭鉚釘角度應(yīng)合適；鉚釘桿不應(yīng)過長或過短，墱頭的高、低和直徑的大、小應(yīng)合乎規(guī)定，以及墱頭不應(yīng)有裂紋和偏斜。

四、防鉚釘松動預(yù)防措施

鉚釘?shù)恼ｃT接情況如圖5-a所示。當(dāng)構(gòu)件承受載荷P時，鉚釘桿與鉚孔之間產(chǎn)生擠壓力P1，鉚釘頭與埋頭窩之間產(chǎn)生擠壓力P2（見圖5-b）。鉚釘頭在P2力的作用下向上移動，而鉚釘桿與鉚孔不易變形，因此構(gòu)件的載荷P作用力主要在鉚桿和鉚孔上。鉚孔因受擠壓面積較小，在長時間承受較大擠壓力時將擴大成橢圓形而造鉚釘成松動。松動了的鉚釘在重復(fù)載荷作用下釘頭會產(chǎn)生裂紋，如不及時修理最終將導(dǎo)致鉚釘剪斷發(fā)生（見圖5-c）。

圖：5-c

不同的飛機容易出現(xiàn)鉚釘松動的部位不完全一樣，但總體來說，鉚釘松動多發(fā)生在受力較大的蒙皮、變形較大的構(gòu)件、以及鉚接質(zhì)量較差的部位。例如，在加強肋與翼梁腹板、蒙皮的連接處、起落架安裝處以及部分連接支架等位置鉚釘就比較容易發(fā)生松動。鉚釘?shù)乃蓜踊蛎撀鋾癸w機表面變得粗糙，并使蒙皮等部件的固定變差，容易產(chǎn)生變形。此外，一部分鉚釘松動或脫落將使其他鉚釘受力增大，最終造成其他鉚釘?shù)乃蓜雍兔撀?。為了防止鉚釘松動，在修理工作中應(yīng)保證鉚接質(zhì)量符合要求。經(jīng)驗表明，鉚釘松動后鉚釘頭與埋頭窩將因摩擦而產(chǎn)生金屬粉末，這種粉末與污染物會附在鉚釘頭與鉚孔之間的縫隙內(nèi)而呈現(xiàn)黑圈，或在背氣流的一邊形成黑色尾跡。因此，檢查飛機時如果發(fā)現(xiàn)鉚釘周圍有黑圈或尾跡，表明該鉚釘已經(jīng)開始松動；如果鉚釘頭已突出構(gòu)件表面，或發(fā)生卷邊翹起現(xiàn)象則表明鉚釘松動已經(jīng)很嚴(yán)重了。對于松動的鉚釘應(yīng)及時按規(guī)定更換，一般不允許把原鉚釘重新打緊。因為對于已經(jīng)產(chǎn)生永久變形的鉚釘進行敲打，不僅難以恢復(fù)其原形而且還會加速其損壞。

五、結(jié)束語

飛機之所以更多的采用鉚接技術(shù)主要是由飛機本身的制造材料、飛機特殊的工作性質(zhì)、飛機蒙皮薄度、飛機的重量等因素決定的。其次飛機的運行速度高、空間大等特點，對其可靠性提出了嚴(yán)苛要求。鉚釘以其工藝簡單、便于拆卸、可靠性強等特點，得以在飛機上大顯身手。因此，現(xiàn)在飛機結(jié)構(gòu)修理的主要手段仍然是鉚接。