對(duì)基于飛機(jī)結(jié)構(gòu)裝配的緊固件連接設(shè)計(jì)探討

摘 要：眾所周知，緊固件連接是對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，所不可或缺的重要部分。文章以飛機(jī)結(jié)構(gòu)裝配為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，圍繞著緊固件的連接展開了探討，探討的內(nèi)容集中在三個(gè)方面，分別是：鉚釘連接，螺栓/螺釘連接，該項(xiàng)工作未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，供設(shè)計(jì)人員參考。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)結(jié)構(gòu)裝配;緊固件連接;鉚釘連接

前言：理想狀態(tài)下，飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)整體，但是，修理、維護(hù)和儲(chǔ)存等方面提出的要求，以及現(xiàn)有的工藝和材料，都無(wú)法為理想飛機(jī)結(jié)構(gòu)提供支持，也就是說(shuō)，飛機(jī)需要利用大量零部件，通過組合的方式才能形成，具有橋梁作用的緊固件的連接設(shè)計(jì)，對(duì)飛機(jī)的重要作用不言而喻，圍繞其展開探討，自然很有必要。

1鉚釘連接設(shè)計(jì)

作為緊密件設(shè)計(jì)的重要部分，鉚釘連接的原理，主要是利用鉚釘將兩塊板進(jìn)行連接，目前，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的比例較高，應(yīng)用方向以骨架間的連接、部件間的連接、骨架和蒙皮間的連接為主。

1.1分類

以功能為依據(jù)，可將鉚接設(shè)計(jì)劃分為兩類，一類是普通鉚接，另一類是干涉配合鉚接;以需求為依據(jù)，同樣可將鉚接設(shè)計(jì)劃分為兩類，一類是密封鉚接，另一類是特種鉚接。不同鉚接方式，分別適用于飛機(jī)的不同結(jié)構(gòu)，例如，干涉配合鉚接，通常被應(yīng)用在具有較高要求的組合件中;密封鉚接，更符合飛機(jī)密封結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和要求，因此，常被應(yīng)用在設(shè)備艙、氣密座艙等結(jié)構(gòu)中;特種鉚接則分為兩種方式，分別是自動(dòng)鉚接和電磁鉚接，其中，自動(dòng)鉚接需要應(yīng)用到的工具為自動(dòng)鉚接機(jī)，其優(yōu)勢(shì)在于使手工鉚接存在的局限得到彌補(bǔ)，降低緊密件連接有裂痕出現(xiàn)的幾率，而電磁鉚接的應(yīng)用對(duì)象，以大直徑設(shè)備為主，通常被用來(lái)對(duì)大功率壓鉚設(shè)備進(jìn)行替代[1]。

1.2設(shè)計(jì)原則

應(yīng)用鉚接設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)鉚釘進(jìn)行合理布局，常見的布局方式，包括單排、雙排、平行和交叉等，設(shè)計(jì)人員應(yīng)以相關(guān)規(guī)范要求為依據(jù)，結(jié)合實(shí)際情況，完成對(duì)最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的工作，保證鉚釘連接的作用，得到應(yīng)有的發(fā)揮。正常情況下，單排布局適用于腹板和蒙皮的連接結(jié)構(gòu);雙排布局適用于腹板和蒙皮的鉚縫結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)的布局方案，往往會(huì)給連接質(zhì)量、抗疲勞性帶來(lái)直接影響，應(yīng)當(dāng)引起設(shè)計(jì)人員的重視。

2螺栓/螺釘連接設(shè)計(jì)

在飛機(jī)裝配設(shè)計(jì)過程中，螺接的“出鏡率”較高，而螺接，又分為螺栓連接、螺釘連接，螺栓連接的應(yīng)用對(duì)象，以機(jī)身對(duì)接、機(jī)翼和機(jī)身的對(duì)接為主，這些部位的特點(diǎn)是需要承受較大壓力，除此之外，還包括尾梁和機(jī)身的對(duì)接、結(jié)構(gòu)接頭連接、機(jī)翼和選裝設(shè)備的連接等;螺釘連接的應(yīng)用對(duì)象，則以可拆卸壁板為主，其特點(diǎn)是承力較小，而螺釘連接的作用，主要是連接可拆卸部位，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，對(duì)連接方式進(jìn)行選擇，避免出現(xiàn)不必要的問題。

2.1材料

材質(zhì)始終是螺接設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)保證所選用材質(zhì)，可以承受飛行狀態(tài)下飛機(jī)的受力?，F(xiàn)階段，多數(shù)螺釘、螺栓均為鋼制，具體來(lái)說(shuō)，就是碳鋼、合金鋼，部分用于成品件、駕駛艙的螺釘，材質(zhì)為塑料，塑料螺釘?shù)淖饔脙H為連接，而選用塑料的原因，主要是塑料具有防腐蝕、質(zhì)量輕的特點(diǎn)。

2.2具體分類

螺栓連接需要以飛機(jī)結(jié)構(gòu)、受力方式為依據(jù)，確定連接方式。常見的連接方式，包括受力承剪、受力承拉、二者相結(jié)合三種。不同連接方式對(duì)應(yīng)的螺栓，往往有所區(qū)別，受力承剪對(duì)應(yīng)的螺栓為承剪螺栓，受力承拉對(duì)應(yīng)的螺栓為承拉螺栓，二者相結(jié)合對(duì)應(yīng)的螺栓為拉剪螺栓。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，設(shè)計(jì)人員又需要根據(jù)連接部位的特點(diǎn)，對(duì)具體連接方式加以確定，例如，普通連接，盲連接，密封連接。其中，盲連接經(jīng)常被用于嵌入件、結(jié)構(gòu)托板螺母，密封連接經(jīng)常被用于客艙、整體油箱等，對(duì)密封具有較高要求的部位。實(shí)踐證明，只有以實(shí)際情況為依據(jù)，確定連接緊固件的方式，才能充分發(fā)揮出所選用方式的積極作用。

2.3墊圈和螺母

適用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的螺母，種類繁多，常見的螺母，包括自鎖螺母、六角螺母等，只有以螺栓的需求為依據(jù)，對(duì)螺母進(jìn)行選擇，才能保證其作用得到應(yīng)有的發(fā)揮。從理論上來(lái)說(shuō)，螺母和螺栓在材質(zhì)上應(yīng)當(dāng)保持一致，但是，在飛機(jī)飛行的過程中，螺栓的受力要遠(yuǎn)大于螺母，因此，在條件允許的前提下，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)強(qiáng)度略低于螺栓的螺母加以應(yīng)用[2]。常用的墊圈材質(zhì)為鋼制、合金，當(dāng)然，還包括以彈簧墊圈為代表的功能墊圈，其作用主要是分散受力、防磨。

3發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在包括航空制造在內(nèi)的諸多領(lǐng)域，設(shè)計(jì)、研究飛機(jī)緊固件時(shí)，自然需要對(duì)相關(guān)技術(shù)引起重視。基于信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)所衍生出的緊固件設(shè)計(jì)技術(shù)，包括MBD技術(shù)、三維設(shè)計(jì)技術(shù)等，其中，MBD技術(shù)是指，通過分析緊固件的幾何數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)模型的方式，對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)加以確定，使緊固件設(shè)計(jì)工作具有的準(zhǔn)確性，得到強(qiáng)有力的保證。

研究表明，保證相關(guān)技術(shù)充分發(fā)揮自身作用的關(guān)鍵，即為建立起相應(yīng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以BOM統(tǒng)計(jì)為例，該系統(tǒng)的作用，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：首先，統(tǒng)計(jì)并計(jì)算緊固件數(shù)量、重量;其次，預(yù)測(cè)在設(shè)計(jì)中緊固件的受力;最后，確定零件組合清單。由此可見，建立設(shè)計(jì)系統(tǒng)的目的，主要是提高設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)更加統(tǒng)一、規(guī)范。

結(jié)論：綜上所述，在對(duì)緊固件進(jìn)行連接設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮重量、功能、成本等因素，在保證零部件具備良好維護(hù)性、連接性的前提下，將材料與承力結(jié)構(gòu)一致的緊固件作為首選，盡量避免由于材料不同，導(dǎo)致出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕的情況發(fā)生。希望上文中討論的內(nèi)容，能夠在某些方面為從事相關(guān)工作的人員提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]王芳芳，黑東盛，趙嗣徽.基于飛機(jī)結(jié)構(gòu)裝配的緊固件連接設(shè)計(jì)研究[J].科技資訊，2019，17（22）：65-66.

[2]王華.飛機(jī)先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)裝配協(xié)調(diào)技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].航空制造技術(shù)，2018，61（07）：26-33.

作者簡(jiǎn)介：

侯博林，出生年月：1993年9月，性別：女，民族：漢，籍貫：陜西渭南，研究方向：航空宇航制造.