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偌大的飞机机身为什么看不到一个焊点?

偌大的飞机机身为什么看不到一个焊点? 傲得航空
2024-03-14
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导读:飞机机身藏着多少秘密?

当你坐着飞机,看着舷窗外湛蓝的天空,突然间发现舷窗外的不断发抖的机翼、襟翼,仿佛快要散架似的,你也许很镇定而又好奇:没事,它能把我们安全地送到家?偌大的机身、轻薄而宽大的机翼是靠什么连接在一起,它究竟藏了多少秘密?

号称现代工业技术结晶的飞机,集气动布局、新材料、航空动力、航电系统、飞行控制导航等多个领域尖端技术于一体,目前又加持了人工智能,被大众视为快捷、舒适、安全的出行工具。工程师们也一直在朝可靠性、经济性、安全性的极致平衡而不断开拓。

偌大的飞机机身外壳(俗称“蒙皮”),为什么不用焊接而用看似比较“原始”的铆接工艺?今天为大家解开这个谜团。

飞机“蒙皮”不用焊接工艺,有多种因素

首先焊接质量无法保证。虽然焊接技术已经非常成熟但它也有难以克服的缺陷,如易产生砂眼、气泡、微裂纹等,现代飞机机身外壳的主要制造材料是铝合金,这种材料的焊接性能极差。其次,焊接可能引发腐蚀问题,焊接所需的高温可能使金属表面暴露在空气中,促使氧化反应,这可能导致金属表面生锈,使金属变脆,降低其强度,焊接工艺固有的缺陷,会削弱机身的整体结构。由于新材料的不断面世,现代飞机大量采用复合材料,这些复合材料更容易受到焊接的破坏。另外焊接表面不规则,这些不规则的焊接面会对飞机飞行造成额外阻力。

飞机在飞行过程过程受到复杂气流冲击,而在飞机降落的过程中,受到的冲击力同样也很大,达到了数十甚至数百吨的压力,对机体强度是一个非常严竣的考验。焊接工艺产生的缺陷对机体结构强度影响很大,所以对于将安全性放在首位飞机制造来说,这些缺陷是不可接受的。

而铆接工艺是通过铆钉将工件紧密地固定在一起,不管对于传统的铝合金机身外壳材料,还是采用较大比例复合材料的机身,以及不同材料的连接,都能方便地解决。飞机“蒙皮”通常被设计的非常薄,厚度约为2毫米左右,这种薄壁结构,更适合使用铆接。

铆接能有效地分散飞机飞行和降落过程中承受的载荷和应力。飞机在飞行过程中受到紊流影响,受力情况复杂,铆接可以减少连接件之间的振动传递,在有效应对飞机颠簸中机翼上下摆动带来的交变应力,同时降低开裂的风险,保持飞机结构的完整性。铆接还能保持连接构件之间相对微小移动的灵活性,抵抗飞机可能会经过不同的环境温度的导致的机体材料的热胀冷缩,从而最大程度的保障飞行的安全性。

飞机“蒙皮”采用铆接工艺,成本低,只需要通过孔洞连接,减少了材料的使用。飞机上铆钉的强度要求高达1100兆帕,相当于1平方厘米的面积上要承受10辆小轿车的重量。铆钉的加工精度达到微米级控制。在铆接中,还可使用埋头铆钉,使铆钉连接表面非常光滑,减小飞机受到的阻力。

“为减轻每一克重量而奋斗”是飞机设计、制造者的矢志追求。轻量化、高强度是每架飞机所追求的,而铆钉连接正好满足这一性能需求。据业界估计,一架C919飞机要用上百万颗铆钉,而世界最大的客机A380要使用超五百万颗铆钉。

     (图片源于网络 

最后,从检查维护的角度,铆钉连接比焊接更方便。飞机每次飞行结束都需要航后检修。判断一个焊点是否有裂缝等缺陷,肉眼通常无法判断,需要专用设备进行检查。而通过目视能方便地检查铆钉是否脱落或断裂。如某处的铆钉需要更换新的,无需更换整个材料,只需要更换这一个零件,从而大幅度降低了后期维护保养的成本。

2016年,为了排除一架A320的飞机故障,检修人员奋战三天三夜,在对所有可能故障逐一排查之后,最终在数百根直径不到1毫米的插钉中发现松动的一根。

图片源于网络

铆接有冷铆和热铆之分,现代飞机“蒙皮”使用的是冷铆工艺,因为热铆铆接存在内应力,并且由于飞机机身所使用的大多都是合金和高分子复合材料,不耐热,所以热铆和焊接都不是好的选择。

但是,用铆钉连接能确保万无一失吗?

世界上没有“绝对”二字。使用时间过长、质量低劣的铆钉容易疲劳变形,从而失去连接力,导致脱落;不正确的安装也会导致铆钉脱落。曾经有一名乘坐某航司航班的旅客在飞行途中,在拍摄窗外的景色时偶然拍摄到机翼上的铆钉竟然松动了,飞机机翼上原本的4颗铆钉不见了1颗,其他3颗则出现了明显的松动,但是飞机最终安全飞行降落。因为飞机设计采用冗余设计,虽然它有铆钉脱落松动,但不影响整体强度,从而保障该班次航班的安全飞行。

图片源于网络

尽管铆接工艺并非完美,但基于以上种种原因,目前见到的飞机绝大多数都是用钉子“钉”起来的。

傲得航空,用每一颗铆钉承载智慧和责任!






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国内领先的通用航空领域低空飞行器制造商,主要生产轻型固定翼飞机和重载无人机,有世界知名的Colt系列机型全套知识产权和全球销售体系,拥有全球领先的涵道式重载无人机技术。公司同时提供通用航空领域“制造+运营+服务+金融”的全产业链服务。
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傲得航空 国内领先的通用航空领域低空飞行器制造商,主要生产轻型固定翼飞机和重载无人机,有世界知名的Colt系列机型全套知识产权和全球销售体系,拥有全球领先的涵道式重载无人机技术。公司同时提供通用航空领域“制造+运营+服务+金融”的全产业链服务。
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