劉龍園，張 斌，付細(xì)能，張向前

（1.航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024；2.空裝駐南昌地區(qū)軍事代表室，江西 南昌，330024）

0 引 言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的 “心臟” ，是航空機(jī)械設(shè)備中故障率最高、調(diào)整最復(fù)雜、維護(hù)工作量最大的系統(tǒng)，其工作狀態(tài)的好壞直接影響到飛機(jī)的安全可靠與運(yùn)行[1]。

某型飛機(jī)在使用過程中，出現(xiàn)了前罩圈（用于連接飛機(jī)進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)端面的過渡段）鉚釘頭裂紋和脫落的故障，如圖1和圖2所示，鉚釘頭脫落進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)葉片損傷。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈鉚釘頭裂紋和脫落故障原因分析

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈結(jié)構(gòu)

前罩圈是進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的過渡段，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與進(jìn)氣通道氣流的平滑過渡。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈鉚釘頭脫落故障示意圖

沿航向，前罩圈通過帶板（LY12-δ1.2 鋁板）與進(jìn)氣道后端連接（第1、2 圈鉚釘與進(jìn)氣道后端連接，第3、4 圈鉚釘與前罩圈連接）； 第6 圈鉚釘與30 框連接，第5、7 圈鉚釘與加強(qiáng)型材鉚接；鉚釘均為HB6316-3×L，材料為L(zhǎng)Y10，每圈鉚釘約80 個(gè)，如圖3 所示。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈鉚釘頭裂紋故障示意圖

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈鉚釘頭裂紋和脫落故障原因

國(guó)內(nèi)其他飛機(jī)進(jìn)氣道鉚釘均采用HB8066-4×8鉚釘和1.5mm 厚蒙皮的設(shè)計(jì)，目前暫未出現(xiàn)鉚釘頭脫落的現(xiàn)象，而某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈采用鉚釘均為HB6316-3×L，蒙皮厚度為1.2mm，鋁板出現(xiàn)鉚釘裂紋和脫落，從而可定位發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈鉚釘頭裂紋和脫落的原因如下：

圖3 前罩圈結(jié)構(gòu)及鉚釘脫落分布

1）前罩圈蒙皮厚度和鉚釘選用不匹配，在锪窩鉚接時(shí)產(chǎn)生 “刀口” 現(xiàn)象，如圖4 所示，易對(duì)鉚釘表面造成損傷。另外，由于锪窩深度存在一定的分散性，形成 “刀口” 的程度不同，使用過程中對(duì)鉚釘造成的損傷程度也不完全相同，從而造成發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈鉚釘鉚接質(zhì)量具有分散性。

圖4 “刀口” 現(xiàn)象

2）某型飛機(jī)進(jìn)氣道載荷與發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈載荷一致，某型飛機(jī)進(jìn)氣道選用HB8066-4×L 鉚釘，未出現(xiàn)鉚釘頭裂紋和脫落現(xiàn)象，而發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈出現(xiàn)鉚釘頭裂紋和脫落現(xiàn)象，說明HB6316-3×L 鉚釘拉脫力不夠，選用不合理，滿足不了進(jìn)氣道氣流交變載荷和噪聲作用下的疲勞強(qiáng)度要求，出現(xiàn)裂紋和脫落。

在發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)改變或飛行條件發(fā)生變化導(dǎo)致進(jìn)氣道氣流壓力交變和發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲載荷作用下，前罩圈蒙皮會(huì)產(chǎn)生鼓動(dòng)，蒙皮 “刀口” 易損傷鉚釘，且鉚釘拉脫力偏小時(shí)，在上述載荷作用下，易導(dǎo)致鉚釘頭出現(xiàn)疲勞裂紋和脫落。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈鉚釘頭裂紋和脫落解決措施

根據(jù)上述故障的產(chǎn)生原因，借鑒國(guó)內(nèi)其他飛機(jī)和某型飛機(jī)進(jìn)氣道鉚接設(shè)計(jì) （采用1.5mm 厚度蒙皮及HB8066-4×L 鉚釘）情況，對(duì)于某型飛機(jī)前罩圈鉚釘頭裂紋和脫落問題，采取以下改進(jìn)措施：

1）增加前罩圈蒙皮厚度，由1.2mm 改為1.5mm，向流道內(nèi)增加0.3mm，材料牌號(hào)不變；

2）將前罩圈蒙皮鉚釘由HB6316-3×L改 為HB8066-4×L。（HB6316-3×L 鉚釘可承受的拉力為563.5N，單面最小破壞剪力為1725N；HB8066-4×L 鉚釘可承受的拉力為3386N，單面最小破壞剪力為3080N，分別是原鉚釘?shù)?.0 倍和1.78倍）；

3）進(jìn)氣道后端蒙皮不更換，由于進(jìn)氣道后端蒙皮第1 圈鉚釘和第2 圈鉚釘已按HB6316-3×L 锪窩，需特制鉚釘頭并重新锪窩，如圖5 所示，該特制鉚釘頭角度由90°改為100°，鉚釘頭直徑由5.7mm 改為6.2±0.1mm，其余技術(shù)要求與HB8066-4×L 鉚釘一致，特制鉚釘尺寸及技術(shù)要求見圖6。

圖5 特制鉚釘锪窩

圖6 特制鉚釘尺寸和技術(shù)要求

3 措施方案強(qiáng)度分析

3.1 前罩圈與HB8066-4×L 鉚釘強(qiáng)度

在有限元模型中將鉚釘單元直徑由3mm 改為4mm，蒙皮厚度有1.2mm 改為1.5mm。

壓力情況和吸力情況下蒙皮應(yīng)力云圖分別見圖7 和圖8。

圖7 壓力情況應(yīng)力云圖

圖8 吸力情況應(yīng)力云圖

蒙皮材料：LY12 σb=390MPa，最大應(yīng)力見圖7，σ=95.6MPa

鉚釘載荷最大載荷：

模型共510 個(gè)鉚釘單元，吸力情況最大剪力為30210 單元（剪力120.9N，軸力-36.5N），最大軸力為30224 單元（剪力31.6N，軸力45.8N）；壓力情況最大剪力為30210 單元（剪力324.6N，軸力98.1N），最大軸力為30367 單元（剪力256.4N，軸力-122.7N）。單元位于蒙皮圓筒搭接附近。

鉚釘HB8066-4×L 單面最小破壞剪力為3080N，單只HB6316-3×L 鉚釘頭抗拉載荷為3386N。

鉚釘剪切安全余量大于3：

鉚釘抗拉安全余量大于3:

3.2 特制鉚釘強(qiáng)度

由于特制鉚釘是參照HB8066-4×L 鉚釘進(jìn)行設(shè)計(jì)，僅鉚釘頭圓錐面角由90°改為100°，鉚釘頭直徑由5.7mm 改為6.2±0.1mm，其他尺寸相同。鉚釘受剪時(shí)，特制鉚釘?shù)募羟忻婷娣e相同，擠壓面積稍大于標(biāo)準(zhǔn)鉚釘，特制鉚釘承載能力稍強(qiáng)。

4 驗(yàn)證情況

某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈機(jī)上更換工作在工廠某架飛機(jī)上進(jìn)行了更換通路和工藝可行性實(shí)施，改裝結(jié)果表明，前罩圈機(jī)上更換工藝可行。某架飛機(jī)改裝結(jié)束后進(jìn)行多架次飛行驗(yàn)證，未出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈鉚釘頭裂紋和脫落現(xiàn)象。

5 結(jié) 論

針對(duì)某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈鉚釘頭裂紋和脫落故障現(xiàn)象，通過對(duì)比其他飛機(jī)類似結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈鉚釘直徑選用過小和蒙皮選用過薄，在锪窩鉚接時(shí)產(chǎn)生 “刀口” 現(xiàn)象，在發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)改變或飛行條件發(fā)生變化導(dǎo)致進(jìn)氣道氣流壓力交變和發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲載荷作用下，前罩圈蒙皮會(huì)產(chǎn)生鼓動(dòng)，蒙皮 “刀口” 損傷鉚釘外表面；同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間在進(jìn)氣道氣流壓力交變和發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的載荷作用下，鉚釘頭也會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋和脫落。

某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈通過選用牌號(hào)為HB8066、直徑為4mm 的鉚釘和蒙皮厚度增加為1.5mm 的解決措施，經(jīng)理論分析、工藝改裝驗(yàn)證和空中飛行驗(yàn)證，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)前罩圈鉚釘脫落的故障。