波音737貨艙門內(nèi)蒙皮邊框邊緣處腐蝕超手冊修理案例分析

徐錚 馬瑞亮 高軍

1 上海民航職業(yè)技術(shù)學院 民航維修學院，上海 200235；2 廣州飛機維修工程有限公司 工程部，廣東 廣州 510470；3 上海民航職業(yè)技術(shù)學院 民航乘務學院，上海 200235

與軍機相比，民航飛機除了經(jīng)濟性要求，更重要的是飛行過程的安全性。在結(jié)構(gòu)修理中，波音公司將飛機結(jié)構(gòu)件修理分為需要做損傷容限評估和無須做損傷容限評估兩大類。一般飛機上重要結(jié)構(gòu)(PSE)和疲勞敏感結(jié)構(gòu)(FCBS)損傷修理后需要損傷容限評估。在評估滿足要求后的修理稱為A類修理，它屬于永久性修理。除了滿足計劃維修大綱中的檢查外無須額外的檢查。另一類維修方案由于各種原因未能做損傷容限評估的修理。根據(jù)波音提供的維修方案維修后，飛機只能在允許飛行的一段時間運營，并且期間除了MPD的日常檢查外還需要增加額外的補充檢查。這類修理稱為B類修理。由于允許運營的時間段較長，一般也等同于永久性修理。第三種類是C類修理，它是為了滿足飛機飛行任務繁重情況下的一種臨時修理，除了額外檢查外，在較短運營時間段結(jié)束后要對結(jié)構(gòu)件重新恢復成A類或者B類修理[1]。

針對不同材料結(jié)構(gòu)修理常見為鋁合金和復合材料兩大類。鋁合金修理一般是將損傷部位挖除或者切割后，通過鉚接補片形式達到與損傷前結(jié)構(gòu)等強度和等剛度的目的。復合材料修理一般是將損傷處打磨后，膠接上原損傷纖維同向同材料纖維鋪層，固化后達到與損傷前等強度剛度。

在本例中，一架波音737NG飛機C檢中發(fā)現(xiàn)艙門內(nèi)門皮邊緣存在幾處嚴重腐蝕，損傷的蒙皮如圖1所示。從B737飛機結(jié)構(gòu)維修手冊中查詢到損傷處的材料為7075-T6，損傷處的蒙皮即是主要結(jié)構(gòu)件(PSE)又是疲勞敏感結(jié)構(gòu)(FCBS)。在記錄中反應該飛機已經(jīng)有了15 562個飛行循環(huán)，使用時間較久。結(jié)構(gòu)工程師隨即對于損傷原因作了相應分析，并按波音規(guī)范制作相應維修方案。

1 損傷原因分析

波音737NG飛機貨艙門設在前機身和中后機身各有一個，貨艙門結(jié)構(gòu)主要是由內(nèi)外蒙皮、隔板腹板、隔框、加強筋、角材及連接接頭等組成。其結(jié)構(gòu)為“井”字形加強形式[2]。由于貨艙門設計對機身做了大開口，因此開口邊緣處結(jié)構(gòu)強度較弱。雖然，在設計中已經(jīng)對周邊的加強邊框長桁補強，但是依然容易受應力集中影響邊緣處產(chǎn)生裂紋，尤其是在有腐蝕介質(zhì)作用下，應力腐蝕加速了結(jié)構(gòu)破壞失效。

737NG飛機，在裝卸貨物過程中，貨艙門邊緣處容易受到磕碰和刮擦，導致鋁合金表面防腐漆和陽極化保護層受到損傷，雨水等腐蝕液體順勢滲入，腐蝕了內(nèi)部鋁合金。

考慮到材料特性和實際使用容易發(fā)生的磕碰部位，內(nèi)蒙皮靠近門口兩個角處非常容易發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。加上飛行過程中交變載荷作用，損傷處容易沿著外側(cè)一圈緊固件孔壁產(chǎn)生破壞。從飛機維修單位的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看[3]，也證實了737NG飛機貨艙門這兩處損傷頻率很高，并且常常出現(xiàn)前后貨艙門同時發(fā)生腐蝕斷裂的情況。在本例中，這架經(jīng)歷了15 562個飛行循環(huán)的飛機，在C檢中發(fā)現(xiàn)的幾處為腐蝕伴隨裂紋的應力腐蝕，如圖1所示，也發(fā)生在內(nèi)蒙皮門角附近。

圖1 艙門腐蝕受到損傷

2 損傷程度判斷

對于結(jié)構(gòu)件損傷程度判斷，主要方法是先去除結(jié)構(gòu)件上的所有損傷(如腐蝕或者劃傷)，查詢結(jié)構(gòu)件剩余的強度是否還能維持飛機繼續(xù)飛行。本例中，需要首先對腐蝕損傷部位進行打磨去除。打磨的時候，可以采用粗的砂紙或者打磨片對腐蝕處表面粗打磨，去除腐蝕。然后用較細的砂紙或者打磨片精細打磨和拋光，以保證表面不殘留腐蝕物質(zhì)。

結(jié)構(gòu)件打磨過后，蒙皮變薄，剩余厚度的大小決定了蒙皮還能承受應力的大小。打磨后殘余厚度是主要評估蒙皮剩余強度大小的依據(jù)。

通過波音結(jié)構(gòu)修理手冊中(SRM)查詢。損傷的7075-T6的內(nèi)蒙皮損傷處的厚度是0.085 in(1 in=25.4 mm)允許損傷厚度如圖2所示，圖中指示在內(nèi)蒙皮的邊緣處允許損傷是小于等于原始厚度的15%，而內(nèi)蒙皮中間部分最大允許打磨掉總厚度的50%。這是由于邊緣的應力集中，內(nèi)蒙皮邊緣部分允許損失的強度不能過多。在手冊中zone1和中間zone2劃分了不同區(qū)域。損傷的打磨是以損傷中心為圓心，打磨成圓弧狀，且最小打磨比例為20∶1。本例中損傷過大，已經(jīng)遠遠超出允許0.012 in的最大允許損傷,因此必須做補強修理。

圖2 允許打磨損傷的厚度

3 修理方案

通過查找737NG結(jié)構(gòu)修理手冊(SRM)發(fā)現(xiàn)手冊中給出貨艙門內(nèi)蒙皮修理方案有repair1-repair7這些修理方法，但是都不適合此處損傷修理。針對這類手冊未能覆蓋到的修理，稱為超手冊修理。出現(xiàn)這種情況下，一般處理具體流程是運營人將結(jié)構(gòu)損傷位置，損傷形式及受傷范圍上報廠方和局方。波音方(廠方)經(jīng)力學校核后，提供一份相應的維修方案給運營方。運營方根據(jù)方案中的工程圖紙制定詳細維修工單，同時最終需向局方提交修理結(jié)果信息，本案例最終修理方案制定遵循這個流程。

3.1 損傷去除

首先對修理區(qū)域內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行詳細的檢查，查出所有損傷處所在位置。同時要確保沒有緊固件受拉損傷或者緊固件孔發(fā)生變形。確保緊固件孔徑大小符合要求。如果操作中在發(fā)現(xiàn)緊固件孔發(fā)生變形，則需要擴大切除損傷的范圍。

切除的形狀按圖3切除損傷蒙皮方案進行切割，切除所有腐蝕部分。切割邊緣需要去毛刺，保證切口沿粗糙度為Ra 63 uinch(1 uinch=2.54×10-5mm)或者更小，為了防止切口處在后續(xù)使用時再次發(fā)生裂紋。切口的倒角要確保最小半徑為0.5 in。

圖3 切除損傷蒙皮方案圖

在切除過程中，對于修理影響區(qū)域要做好現(xiàn)場保護工作。應避免在施工過程中切割金屬屑等外來物(FOD)遺留飛機內(nèi)部，造成安全隱患。

3.2 切除損傷后檢查

為了避免修理后，被修理結(jié)構(gòu)件依然難以察覺的損傷，需要借助常規(guī)無損檢測。通常來說，對結(jié)構(gòu)的表面損傷，采用高頻渦流；對于結(jié)構(gòu)件近表面或更深的損傷需要采用中頻渦流或者低頻渦流。本例中為了檢查切口處是否還存在裂紋，依照737無損檢測手冊(NDT)中 part 6 51-00-00 程序4或程序6對切口邊緣和修理緊固件孔進行高頻渦流檢測即可。

3.3 補片制作

補片形狀，波音已給出具體形狀和尺寸(圖4)，按照圖示即可。為了避免材料中的硬點效應，補片材料選用與原材料相同7075-T6包鋁，補片厚度在原厚度0.085 in的基礎上再加大一級，為0.09 in。補片的最小內(nèi)角半徑為0.5 in。補片粗糙度同樣為為Ra 63 uinch或者更小。另外，按照BAC5300的要求預成型加強補片需要與原艙門蒙皮弧形輪廓相匹配。

圖4 蒙皮修補示意圖

補片的鋁孔數(shù)量需按照工藝規(guī)范的邊矩和間距要求確定，新安裝的緊固件之間要保證4-6D的間距，邊距要保證最小2D的邊距。此外，要避免在化銑臺階上鉆孔安裝緊固件，并且要遠離化銑帶1.5D的距離，以防止鉚釘孔維修后孔壁過早產(chǎn)生裂紋。

在將加強補片安裝到原結(jié)構(gòu)件位置時，應盡可能使用原鉚釘孔，盡量避免增加新孔。但是使用原鉚釘孔時，為了避免原鉚釘孔壁留有損傷，需對孔徑加大1/32 in。

3.4 涂層及密封

腐蝕導致原結(jié)構(gòu)件陽極化層破壞失去了防腐作用，因此按照SRM手冊51-20-01對修理件及修理區(qū)域裸露表面化學轉(zhuǎn)化涂層。先用清潔劑清潔需要涂抹的材料表面后用吸油紙擦拭表面，盡量往一個方向擦，直到?jīng)]有污染物在金屬表面。在涂抹阿羅丁1200之前，需要在附近使用遮蓋物,將不需要涂抹的部位遮擋，防止阿羅丁液體流動污染其他位置結(jié)構(gòu)件。尤其注意孔洞密封，預防液體滲入。涂抹調(diào)制后的阿羅丁1200，讓溶液在結(jié)構(gòu)件表面停留3～4分鐘形成保護層,直到新形成的膜變?yōu)樽攸S色，隨后清水沖洗多余阿羅丁，用沙擦除干凈后,在空氣中風干15分鐘。

隨后按照SOPM20-41-02 要求，噴涂兩層BMS10-11 TYPE 1底漆。以保證腐蝕液不與金屬直接接觸發(fā)生電化學腐蝕。

為了結(jié)構(gòu)件保持密封性同時良好的防腐性，修理件的配合表面需要使用BMS5-95密封膠密封隔離。在本例中緊固件孔不需要涂抹密封膠濕安裝，修理完成后在修理區(qū)域涂抹BMS3-23防腐劑。

3.5 鉸鏈臂調(diào)整

參考圖4畫圈位置處，這部位將與門的鉸鏈連接。在修理過程中，由于墊入補片，內(nèi)蒙皮的高度發(fā)生改變。因此，安裝門時，對于根據(jù)實際情況對鉸鏈間隙做相應調(diào)整。

4 維修后評估

一般而言飛機結(jié)構(gòu)維修方案要滿足以下幾點需求[4]：

①滿足氣動光滑要求

②靜強度要求

③剛度要求

④抗疲勞性

⑤防腐要求

⑥修補重量要求

⑦密封性要求

⑧損傷容限要求

本次波音給出的維修方案屬于永修性A類修理，修理過后無附近檢查條件，只需要按照現(xiàn)有的檢查方案繼續(xù)執(zhí)行即可。由于損傷處在貨艙門內(nèi)蒙皮處，因此對于氣動無任何影響。修補對飛行控制和操作面無任何影響，無須修補重量。密封性和防腐性按照波音方案施工滿足要求。

結(jié)構(gòu)強度方面，修理方案需要遵守局部等強度準則，修理后的結(jié)構(gòu)靜強度要等于或者大于損傷前的結(jié)構(gòu)件強度。此外，損傷處的橫截面積最大應力要滿足修理前結(jié)構(gòu)最大橫截面積要求，即Pmax=σb×S，其中S為結(jié)構(gòu)件實際橫截面積，不包括緊固件孔損失的面積。方案中補片的形狀大小和鉚釘?shù)臄?shù)量間距都是由波音方提供，已做過強度校核，強度滿足的結(jié)構(gòu)強度要求。

結(jié)構(gòu)剛度和抗疲勞性方面，按照目前波音規(guī)范，加強補片采用同種材料同種熱處理規(guī)范，并且在厚度上高一個等級。

對于損傷容限評估[5]，在飛機結(jié)構(gòu)修理手冊(SRM)51章節(jié)中貨艙門蒙皮定義為主要結(jié)構(gòu)件(PSE)，同時也是疲勞敏感結(jié)構(gòu)件(FCBS)。但是SRM手冊51-00-04中提出無須做損傷容限評估(DTA)。

5 結(jié)束語

飛機前后貨艙門結(jié)構(gòu)損傷是比較常見的現(xiàn)象，一般初始階段比較輕微，隨著時間變長或者使用頻率提高，損傷會不斷加大。大多數(shù)情況下，損傷的出現(xiàn)是由于艙門開關時發(fā)生碰撞導致的。腐蝕液經(jīng)常從損傷處的緊固件孔滲入。在實際檢查過程中，這種腐蝕情況比較常見。 一般在日常檢查的時候，及時發(fā)現(xiàn)輕微損傷，按照飛機結(jié)構(gòu)修理手冊(SRM)的要求做簡單打磨，可以預防日后結(jié)構(gòu)破壞、應力腐蝕。

隨著波音737NG飛機使用年限增大，同類問題將大量出現(xiàn)。因此，當企業(yè)再次遇到飛機同位置損傷時，可以參照此維修方案直接要求波音提供方案的批準表格。這樣可以縮短飛機維修周期，節(jié)約成本。