Технология ремонта напряженной структуры обшивки самолета

Удовлетворительные эксплуатационные характеристики воздушного судна требуют постоянного поддержания целостности конструкции воздушного судна. Важно, чтобы ремонт металлических конструкций производился в соответствии с наилучшими доступными методами, поскольку неправильные методы ремонта могут представлять непосредственную или потенциальную опасность. Надежность самолета зависит от качества конструкции, а также от мастерства, используемого при ремонте. Проектирование ремонта металлических конструкций самолета осложняется требованием, чтобы воздушное судно было как можно более легким. Если бы вес не был критическим фактором, ремонт можно было бы производить с большим запасом прочности. На практике ремонтные работы должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать все нагрузки с требуемым коэффициентом безопасности, но они не должны обладать слишком большой дополнительной прочностью. Например, слишком слабое соединение недопустимо, но слишком прочное соединение может создать повышенные напряжения, которые могут вызвать трещины в других местах.

Повреждение металлических конструкций самолетов часто вызывается коррозией, эрозией, обычными нагрузками, а также несчастными случаями. Иногда модификации конструкции самолета требуют обширной конструктивной доработки. Например, установка крылышек на летательных аппаратах не только заменяет кончик крыла крылышком, но также требует значительного усиления конструкции крыла, чтобы выдерживать дополнительные нагрузки.

Авиационное покрытие, конструкция самолета из листового металла доминирует в современной авиации. Как правило, листовой металл, изготовленный из алюминиевых сплавов, используется в секциях планера, которые служат как конструкцией, так и внешней обшивкой самолета, при этом металлические части соединяются заклепками или другими типами крепежных элементов. Листовой металл широко используется во многих типах самолетов, от авиалайнеров до одномоторных самолетов, но он также может использоваться как часть составного самолета, например, в приборной панели. Листовой металл получают путем раскатки металла в плоские листы различной толщины, начиная от тонких и заканчивая пластинами (куски толщиной более 6 мм или 0,25 дюйма). Толщина листового металла, называемая калибром, колеблется от 8 до 30, причем больший калибр обозначает более тонкий металл. Листовой металл можно резать и сгибать в различные формы.

Существуют многочисленные и разнообразные методы ремонта металлических конструктивных частей самолета, но не существует набора конкретных схем ремонта, применимых во всех случаях. Проблема ремонта поврежденной секции обычно решается путем дублирования оригинальной детали по прочности, виду материала и размерам. Чтобы произвести ремонт конструкции, авиатехнику необходимо хорошо разбираться в методах и приемах формования листового металла. В общем, формование означает изменение формы путем изгиба и формования цельного металла. В случае с алюминием это обычно делается при комнатной температуре. Все ремонтные детали имеют форму, соответствующую их установке на место, прежде чем они будут прикреплены к самолету или компоненту.

Формование может быть очень простой операцией, такой как создание одного изгиба или одной кривой, или это может быть сложная операция, требующая сложной кривизны. Прежде чем формировать деталь, авиационный техник должен подумать о сложности изгибов, типе материала, толщине материала, характере материала и размере изготавливаемой детали. В большинстве случаев эти факторы определяют, какой метод формования использовать. Типы формования, включают гибку, тормозную формовку, растягивающую формовку, валковую формовку и прядение. Авиатехнику также необходимы практические знания о правильном использовании инструментов и оборудования, используемых при обработке металла.

Напряжения в элементах конструкции

Конструкция летательного аппарата должна быть спроектирована таким образом, чтобы она выдерживала все напряжения, налагаемые на нее полетными и наземными нагрузками, без какой-либо постоянной деформации. Любой произведенный ремонт должен воспринимать напряжения, переносить их через весь ремонт, а затем возвращать их обратно в исходную конструкцию. Эти напряжения рассматриваются как проходящие через конструкцию, поэтому для них должен быть непрерывный путь, без резких изменений площадей поперечного сечения на этом пути. Резкие изменения площади поперечного сечения конструкции самолета, подверженной циклическим нагрузкам или напряжениям, приводят к концентрации напряжений, которая может вызвать усталостное растрескивание и в конечном итоге разрушение. Царапина или выбоина на поверхности сильно напряженного куска металла вызывает концентрацию напряжений в месте повреждения и может привести к выходу детали из строя. Силы, действующие на воздушное судно, независимо от того, находится ли оно на земле или в полете, создают тянущие, толкающие или скручивающие силы внутри различных элементов конструкции воздушного судна. Пока самолет находится на земле, вес крыльев, фюзеляжа, двигателей и оперения заставляет силы воздействовать вниз на концы крыла и стабилизатора, вдоль лонжеронов и стрингеров, а также на переборки и опалубки. Эти силы передаются от элемента к элементу, вызывая силы изгиба, скручивания, вытягивания, сжатия и сдвига.

Когда самолет взлетает, большая часть сил в фюзеляже продолжает действовать в том же направлении; из-за движения самолета их интенсивность возрастает. Однако силы, действующие на законцовки и поверхности крыла, имеют обратное направление; вместо того чтобы быть нисходящими силами веса, они становятся восходящими силами подъемной силы. Подъемные силы сначала воздействуют на обшивку и стрингеры, затем передаются на нервюры и, наконец, передаются через лонжероны для распределения по фюзеляжу. Крылья загибаются вверх на концах и могут слегка трепетать во время полета. Этот изгиб крыла не может быть проигнорирован производителем при первоначальном проектировании и конструкции и не может быть проигнорирован во время технического обслуживания. Удивительно, как конструкция самолета, состоящая из конструктивных элементов и обшивки, жестко склепанных или скрепленных болтами, такая как крыло, может изгибаться или действовать так сильно, как листовая пружина.

Незначительные повреждения внешней обшивки самолета можно устранить, наложив заплатку на внутреннюю часть поврежденного листа. В отверстие, образовавшееся в результате удаления поврежденного участка обшивки, необходимо установить заливную пробку. Он затыкает отверстие и образует гладкую внешнюю поверхность, необходимую для аэродинамической плавности самолета. Размер и форма заплатки в целом определяются количеством заклепок, необходимых при ремонте. Если не указано иное, рассчитывается необходимое количество заклепок, используя формулу заклепки. Изготавливается накладная пластина из того же материала, что и исходная обшивка, и той же толщины или следующей большей толщины.

Факторами, определяющими методы, которые следует использовать при ремонте обшивки, являются доступность поврежденного участка и инструкции, содержащиеся в руководстве по техническому обслуживанию воздушного судна. Обшивка на большинстве участков самолета недоступна для ремонта изнутри и известна как закрытая обшивка. Обшивка, доступная с обеих сторон, называется открытой обшивкой.

Обычно ремонт открытой обшивки может быть выполнен обычным способом с использованием стандартных заклепок, но при ремонте закрытой обшивки необходимо использовать какой-либо тип специального крепежа. Точный тип, который будет использоваться, зависит от типа производимого ремонта и рекомендаций производителя воздушного судна.