徐铮 马瑞亮 高军

1 上海民航职业技术学院 民航维修学院，上海 200235；2 广州飞机维修工程有限公司 工程部，广东 广州 510470；3 上海民航职业技术学院 民航乘务学院，上海 200235

与军机相比，民航飞机除了经济性要求，更重要的是飞行过程的安全性。在结构修理中，波音公司将飞机结构件修理分为需要做损伤容限评估和无须做损伤容限评估两大类。一般飞机上重要结构(PSE)和疲劳敏感结构(FCBS)损伤修理后需要损伤容限评估。在评估满足要求后的修理称为A类修理，它属于永久性修理。除了满足计划维修大纲中的检查外无须额外的检查。另一类维修方案由于各种原因未能做损伤容限评估的修理。根据波音提供的维修方案维修后，飞机只能在允许飞行的一段时间运营，并且期间除了MPD的日常检查外还需要增加额外的补充检查。这类修理称为B类修理。由于允许运营的时间段较长，一般也等同于永久性修理。第三种类是C类修理，它是为了满足飞机飞行任务繁重情况下的一种临时修理，除了额外检查外，在较短运营时间段结束后要对结构件重新恢复成A类或者B类修理[1]。

针对不同材料结构修理常见为铝合金和复合材料两大类。铝合金修理一般是将损伤部位挖除或者切割后，通过铆接补片形式达到与损伤前结构等强度和等刚度的目的。复合材料修理一般是将损伤处打磨后，胶接上原损伤纤维同向同材料纤维铺层，固化后达到与损伤前等强度刚度。

在本例中，一架波音737NG飞机C检中发现舱门内门皮边缘存在几处严重腐蚀，损伤的蒙皮如图1所示。从B737飞机结构维修手册中查询到损伤处的材料为7075-T6，损伤处的蒙皮即是主要结构件(PSE)又是疲劳敏感结构(FCBS)。在记录中反应该飞机已经有了15 562个飞行循环，使用时间较久。结构工程师随即对于损伤原因作了相应分析，并按波音规范制作相应维修方案。

1 损伤原因分析

波音737NG飞机货舱门设在前机身和中后机身各有一个，货舱门结构主要是由内外蒙皮、隔板腹板、隔框、加强筋、角材及连接接头等组成。其结构为“井”字形加强形式[2]。由于货舱门设计对机身做了大开口，因此开口边缘处结构强度较弱。虽然，在设计中已经对周边的加强边框长桁补强，但是依然容易受应力集中影响边缘处产生裂纹，尤其是在有腐蚀介质作用下，应力腐蚀加速了结构破坏失效。

737NG飞机，在装卸货物过程中，货舱门边缘处容易受到磕碰和刮擦，导致铝合金表面防腐漆和阳极化保护层受到损伤，雨水等腐蚀液体顺势渗入，腐蚀了内部铝合金。

考虑到材料特性和实际使用容易发生的磕碰部位，内蒙皮靠近门口两个角处非常容易发现腐蚀现象。加上飞行过程中交变载荷作用，损伤处容易沿着外侧一圈紧固件孔壁产生破坏。从飞机维修单位的统计数据来看[3]，也证实了737NG飞机货舱门这两处损伤频率很高，并且常常出现前后货舱门同时发生腐蚀断裂的情况。在本例中，这架经历了15 562个飞行循环的飞机，在C检中发现的几处为腐蚀伴随裂纹的应力腐蚀，如图1所示，也发生在内蒙皮门角附近。

图1 舱门腐蚀受到损伤

2 损伤程度判断

对于结构件损伤程度判断，主要方法是先去除结构件上的所有损伤(如腐蚀或者划伤)，查询结构件剩余的强度是否还能维持飞机继续飞行。本例中，需要首先对腐蚀损伤部位进行打磨去除。打磨的时候，可以采用粗的砂纸或者打磨片对腐蚀处表面粗打磨，去除腐蚀。然后用较细的砂纸或者打磨片精细打磨和抛光，以保证表面不残留腐蚀物质。

结构件打磨过后，蒙皮变薄，剩余厚度的大小决定了蒙皮还能承受应力的大小。打磨后残余厚度是主要评估蒙皮剩余强度大小的依据。

通过波音结构修理手册中(SRM)查询。损伤的7075-T6的内蒙皮损伤处的厚度是0.085 in(1 in=25.4 mm)允许损伤厚度如图2所示，图中指示在内蒙皮的边缘处允许损伤是小于等于原始厚度的15%，而内蒙皮中间部分最大允许打磨掉总厚度的50%。这是由于边缘的应力集中，内蒙皮边缘部分允许损失的强度不能过多。在手册中zone1和中间zone2划分了不同区域。损伤的打磨是以损伤中心为圆心，打磨成圆弧状，且最小打磨比例为20∶1。本例中损伤过大，已经远远超出允许0.012 in的最大允许损伤,因此必须做补强修理。

图2 允许打磨损伤的厚度

3 修理方案

通过查找737NG结构修理手册(SRM)发现手册中给出货舱门内蒙皮修理方案有repair1-repair7这些修理方法，但是都不适合此处损伤修理。针对这类手册未能覆盖到的修理，称为超手册修理。出现这种情况下，一般处理具体流程是运营人将结构损伤位置，损伤形式及受伤范围上报厂方和局方。波音方(厂方)经力学校核后，提供一份相应的维修方案给运营方。运营方根据方案中的工程图纸制定详细维修工单，同时最终需向局方提交修理结果信息，本案例最终修理方案制定遵循这个流程。

3.1 损伤去除

首先对修理区域内部结构进行详细的检查，查出所有损伤处所在位置。同时要确保没有紧固件受拉损伤或者紧固件孔发生变形。确保紧固件孔径大小符合要求。如果操作中在发现紧固件孔发生变形，则需要扩大切除损伤的范围。

切除的形状按图3切除损伤蒙皮方案进行切割，切除所有腐蚀部分。切割边缘需要去毛刺，保证切口沿粗糙度为Ra 63 uinch(1 uinch=2.54×10-5mm)或者更小，为了防止切口处在后续使用时再次发生裂纹。切口的倒角要确保最小半径为0.5 in。

图3 切除损伤蒙皮方案图

在切除过程中，对于修理影响区域要做好现场保护工作。应避免在施工过程中切割金属屑等外来物(FOD)遗留飞机内部，造成安全隐患。

3.2 切除损伤后检查

为了避免修理后，被修理结构件依然难以察觉的损伤，需要借助常规无损检测。通常来说，对结构的表面损伤，采用高频涡流；对于结构件近表面或更深的损伤需要采用中频涡流或者低频涡流。本例中为了检查切口处是否还存在裂纹，依照737无损检测手册(NDT)中 part 6 51-00-00 程序4或程序6对切口边缘和修理紧固件孔进行高频涡流检测即可。

3.3 补片制作

补片形状，波音已给出具体形状和尺寸(图4)，按照图示即可。为了避免材料中的硬点效应，补片材料选用与原材料相同7075-T6包铝，补片厚度在原厚度0.085 in的基础上再加大一级，为0.09 in。补片的最小内角半径为0.5 in。补片粗糙度同样为为Ra 63 uinch或者更小。另外，按照BAC5300的要求预成型加强补片需要与原舱门蒙皮弧形轮廓相匹配。

图4 蒙皮修补示意图

补片的铝孔数量需按照工艺规范的边矩和间距要求确定，新安装的紧固件之间要保证4-6D的间距，边距要保证最小2D的边距。此外，要避免在化铣台阶上钻孔安装紧固件，并且要远离化铣带1.5D的距离，以防止铆钉孔维修后孔壁过早产生裂纹。

在将加强补片安装到原结构件位置时，应尽可能使用原铆钉孔，尽量避免增加新孔。但是使用原铆钉孔时，为了避免原铆钉孔壁留有损伤，需对孔径加大1/32 in。

3.4 涂层及密封

腐蚀导致原结构件阳极化层破坏失去了防腐作用，因此按照SRM手册51-20-01对修理件及修理区域裸露表面化学转化涂层。先用清洁剂清洁需要涂抹的材料表面后用吸油纸擦拭表面，尽量往一个方向擦，直到没有污染物在金属表面。在涂抹阿罗丁1200之前，需要在附近使用遮盖物,将不需要涂抹的部位遮挡，防止阿罗丁液体流动污染其他位置结构件。尤其注意孔洞密封，预防液体渗入。涂抹调制后的阿罗丁1200，让溶液在结构件表面停留3～4分钟形成保护层,直到新形成的膜变为棕黄色，随后清水冲洗多余阿罗丁，用沙擦除干净后,在空气中风干15分钟。

随后按照SOPM20-41-02 要求，喷涂两层BMS10-11 TYPE 1底漆。以保证腐蚀液不与金属直接接触发生电化学腐蚀。

为了结构件保持密封性同时良好的防腐性，修理件的配合表面需要使用BMS5-95密封胶密封隔离。在本例中紧固件孔不需要涂抹密封胶湿安装，修理完成后在修理区域涂抹BMS3-23防腐剂。

3.5 铰链臂调整

参考图4画圈位置处，这部位将与门的铰链连接。在修理过程中，由于垫入补片，内蒙皮的高度发生改变。因此，安装门时，对于根据实际情况对铰链间隙做相应调整。

4 维修后评估

一般而言飞机结构维修方案要满足以下几点需求[4]：

①满足气动光滑要求

②静强度要求

③刚度要求

④抗疲劳性

⑤防腐要求

⑥修补重量要求

⑦密封性要求

⑧损伤容限要求

本次波音给出的维修方案属于永修性A类修理，修理过后无附近检查条件，只需要按照现有的检查方案继续执行即可。由于损伤处在货舱门内蒙皮处，因此对于气动无任何影响。修补对飞行控制和操作面无任何影响，无须修补重量。密封性和防腐性按照波音方案施工满足要求。

结构强度方面，修理方案需要遵守局部等强度准则，修理后的结构静强度要等于或者大于损伤前的结构件强度。此外，损伤处的横截面积最大应力要满足修理前结构最大横截面积要求，即Pmax=σb×S，其中S为结构件实际横截面积，不包括紧固件孔损失的面积。方案中补片的形状大小和铆钉的数量间距都是由波音方提供，已做过强度校核，强度满足的结构强度要求。

结构刚度和抗疲劳性方面，按照目前波音规范，加强补片采用同种材料同种热处理规范，并且在厚度上高一个等级。

对于损伤容限评估[5]，在飞机结构修理手册(SRM)51章节中货舱门蒙皮定义为主要结构件(PSE)，同时也是疲劳敏感结构件(FCBS)。但是SRM手册51-00-04中提出无须做损伤容限评估(DTA)。

5 结束语

飞机前后货舱门结构损伤是比较常见的现象，一般初始阶段比较轻微，随着时间变长或者使用频率提高，损伤会不断加大。大多数情况下，损伤的出现是由于舱门开关时发生碰撞导致的。腐蚀液经常从损伤处的紧固件孔渗入。在实际检查过程中，这种腐蚀情况比较常见。 一般在日常检查的时候，及时发现轻微损伤，按照飞机结构修理手册(SRM)的要求做简单打磨，可以预防日后结构破坏、应力腐蚀。

随着波音737NG飞机使用年限增大，同类问题将大量出现。因此，当企业再次遇到飞机同位置损伤时，可以参照此维修方案直接要求波音提供方案的批准表格。这样可以缩短飞机维修周期，节约成本。