关于飞机机翼整体油箱典型故障的诊治

关于飞机机翼整体油箱典型故障的诊治

魏学志，王声

(中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司，陕西汉中723213)

摘要：随着某型飞机不断地交付用户，在外场试飞、训练、使用过程中，该型飞机暴露出一系列的使用故障。对近7年来某平台的飞机机翼整体油箱出现的故障进行统计分析，选取具有代表性的故障进行剖析，为外场机翼整体油箱故障的快速诊治提供了宝贵的经验，满足了用户对精品飞机的质量要求，最终实现了提升用户满意度的宗旨。

关键词：整体油箱；裂纹；锈蚀；渗油；防腐；燃油微生物

中图分类号#267 文献标志码：A

Diagnosis and Treatment of Typical Faults in Aircraft Wing Integral Tank

WEI Xuezhi,WANG Sheng

(Hanzhong Aircraft Branch of CAAC Aircraft Co.,Ltd.,Hanzhong723213,China) Abstract:With the continuous delivery of a certain type of aircraft to users,a series of operational faults have been ex­posed in the process of field flight test,training and usage.the faults of the integral fuel tank of an aircratt wing on a certain platform in the past seven years were studied with statistical analysis,and typical and representative faults were selected for analysis,which provided rapid diagnosis and treatment for the faults of the integral fuel tank of an aircratt wing on the out­field,and provided valuable experience to meet the user's quality requirements for high-quality aircratt ,and ultimately a­chieved the purpose of improving customer satisfaction.

Key words:integral tank,crack,rust,oil seepage ,anti-corrosion ,fuel microorganism

现代飞机的设计、制造技术已逐步呈现出一体化、整体化的发展趋势,国外以洛克希德、安东诺夫和伊留申为代表的现代大中型军用运输机机翼多采用整体壁板结构。整体化制造不仅可减少机械装配件数量,节约材料和工时,还能减少因装配失误埋下的事故隐患。铝合金一直是航空航天的重要结构材料,用铝合金厚板（厚度〉6mm）制造飞机整体部件（如机身框架、机翼壁板、翼梁、翼肋等）是重要发展趋势之一。

某飞机机翼整体油箱属于设计、制造整体化的典型代表,而且相比较原型机的结构,飞机机翼改为整体油箱,壁板由原来的钣铆接结构改为整体带筋（纵向长桁、横向肋连接筋板）壁板结构，由数控加工压弯成型进行制造,省去了大量紧固件「门。作为某飞机改动量较大的部分,仅机翼整体油箱就涉及众多的核心技术,例如,整体壁板数字模型的展开技术、整体壁板数控加工及防变形技术、整体壁板的压弯成型技术、整体壁板的压印强化技术、整体壁板的喷丸强化技术、整体壁板大过盈螺栓的制造及安装技术、整体壁板的机器人制孔技术、整体油箱的柔性装配技术、整体油箱的精加工技术、整体油箱系统管路敷设技术、整体油箱的密封及密封检测技术和整体油箱的清洗技术等。可以说,整体油箱集中了飞机研制中最复杂、最关键的核心技术。

纵观某飞机机翼整体油箱的整体化设计与制造，整体油箱结构相比较原型飞机机翼铆接的结构,具有如下特点：1）整体结构壁板疲劳性能优于铆接结构壁板;2）机翼整体结构壁板损伤容限性能与铆接结构壁板相当；3）整体壁板组成的结构油箱具有良好的密封性、抗腐蚀性;4）整体壁板加工制造的综合费用低于铆接壁板的综合费用％&-

1机翼整体油箱结构及主要制造流程某飞机整体油箱的主承力结构件选用性能优良的高纯铝合金作为主要结构材料,其主要由整体壁板、前后大梁及内部的翼肋构成。以中央翼整体油箱为例,它主要由上壁板、下壁板、"大梁、#大梁和5块肋板等5部分组成,其主要制造流程如图1所示。

2机翼整体油箱典型故障分析与处理一般来说，既作为飞机机翼气动载荷的主承载件，又作为飞机发动机燃油的提供源，整体油箱聚集了众多的先进制造技术，质量的可靠性是有保障的,但又因为该部位处在飞机的气动载荷与振动载荷的集中区域，用户在使用过程中暴露出一些故障，归纳起来可分为锈蚀、裂纹、渗漏和污染等四类。笔者对近7年内所发生的故障选取典型案例进行剖析说明，将解决的思路及方法进行归纳，旨在指导后续飞机整体油箱故障的快速处理，以飨读者。

2.1锈蚀类典型故障

2.1.1故障描述

某架机进行C检工作时发现，整体油箱部件中央翼维护口盖边缘的托板螺母出现严重的锈蚀情况。根据相关规定进行普查发现，除新研未交付的飞机，其余所有交付、返厂大修及滞留的飞机整体油箱上的密封维护口盖均存在不同程度的锈蚀情况，该问题属于共性问题。

2.1.2机理分析

产生锈蚀的机理为：在高温、高湿、高盐的气候条件下，在维护口盖区域的托板螺母产生了电化学腐蚀；其次，与托板螺母联接的联接螺栓上的密封圈老化，密封失效，导致雨水从螺栓孔位置渗入;另外，托板螺母在安装过程中，螺纹表面镀镉钝化层的自然损伤也是导致螺母锈蚀的一个因素。

2.1.3解决措施

问题暴露出来后，工程技术人员历时2年的技术攻关，5次工艺试验，通过将原GB930M5-25$钢材质的托板螺母更改为抗锈蚀性能优异的1Crl7Ni2材料，攻克了该材料在制造、安装过程中收口不合格、滑丝、磨损、锁死等技术难题；采用全新的干膜润滑技术（采用二硫化钼涂层），控制、调配托板螺母与安装螺栓之间的制造参数（螺母热处理后的硬度为33〜39HRC,螺栓热处理后的强度为"（1270 MPa），对安装过程进行如下过程强化控制：1）安装力矩值控制在（9.2+05）N-m；2）螺栓与托板螺母轴线偏差控制在士5。以内；3）螺栓螺纹区应涂抹凡士林润滑剂。此项技术成功地解决了不锈钢托板螺母安装合格率低的技术难题，最终提升了飞机维护口盖的安装质量。

2.1.4故障反思

飞机整体油箱上的锈蚀问题，主要还是因为选材上没有充分考虑某系列飞机使用环境及选材本身的抗锈蚀性能，才会出现此次典型的锈蚀故障。随着材料科学的不断发展和新材料的不断应用，高性能、高强度、低质量的钛合金及复合材料的研究与应用，将会取代传统结构钢材料的标准件，最终使后续整体油箱锈蚀故障发生的概率大大降低。

2.2裂纹类典型故障

2.2.1故障描述

某架机大修维护时，发现机翼检查口框多处存在裂纹。裂纹发生的区域见表1。

表1整体油箱检查口框裂纹分布情况统计表

编号裂纹位置裂纹基本情况

裂纹深

度/mm 1左机翼7处裂纹，最长120mm,最短10mm3〜6 2左机翼3处裂纹，长分别为210.170和60mm8^〜10 3右机翼3处裂纹，长分别为160、100和40mm3〜10 4右机翼3处裂纹，长分别为45、42和40mm5 2.2.2机理分析

根据技术人员讨论推测，此次飞机整体油箱在使用过程中出现裂纹的主要原因为，整体油箱的口框区域处于疲劳应力集中的部位，在长时间飞行的气动载荷与振动载荷双重作用下发生了疲劳裂纹。

2.2.3解决措施

根据最初的讨论分析，拟定了3套技术方案：1）将口框凸缘裂纹沿平行于裂纹方向完全铣除，特制口盖密封压板环;2）将零件机翼壁板进行拆除换新，新制的壁板按图样和相关技术文件借用原钉孔进行装配；3）将整个机翼翼盒（即整体油箱）拆除换新，按图样和相关技术文件换新装配。根据实施的可行性、经济性和可操作性，在满足飞机整体油箱结构强度的前提下，最终采用了第1套方案进行维修。施工方面，在满足飞机姿态调整、整体油箱状态的要求（通风、排油）及施工区域的清洁与防护的条件下，采用粗加工铣削与精加工磨削相结合的方式以及精研修配的方式，完成特制零件与打磨口框的装配恢复，最终完成了故障的排除。

2.2.4故障反思

由于整体油箱的壁板是整体化的结构，它本身具有良好的抗疲劳特性，再加上机翼的整体壁板均采用了喷丸强化的技术来延长壁板的疲劳寿命，因此整体油箱发生裂纹的故障是比较罕见的。在以往某类平台的飞机整体油箱的研制中，在壁板压弯的过程中仅发生过一起裂纹的事故，除此之外再未出现裂纹的故障。针对该故障的维修与处理,会随着未来激光堆焊及3D打印技术的兴起，得到快速地解决与处理。