摘要：随着经济和各行各业的快速发展，飞机整体结构是通过飞机大部件装配而成，其中大部件的装配又是成千上万的紧固件连接起来的效果，飞机结构装配的紧固件连接设计是飞机结构设计的重要组成部分，关系到飞机的质量，飞行员与乘客的安全，是设计员在结构设计中重点关注的部分。飞机结构设计中的紧固件连接设计包括固定连接与活动连接两种，也就是狭义上所说的铆接与螺接。该文浅谈飞机结构装配中紧固件连接设计研究，以供交流。
关键词：飞机结构设计；紧固件连接设；计铆接与螺接
引言
随着经济和科技水平的快速发展，理想的飞机结构是通过一种材料一次加工形成完整的整体，但是为了满足飞机维护、储存、修理等要求以及现有材料与工艺水平，飞机是由许多零部件组合而成的，飞机结构设计包括材料选择、零件设计、部件设计、复合材料设计等，其中零构件是通过机加、钣金、复合材料成型等工艺成形出来，它们要通过组合才能形成部件，多种部件组合形成一架完整飞机。飞机的组合就涉及装配过程中的紧固件连接设计，紧固件起到了桥梁的作用，毫无疑问，飞机紧固件的连接设计在飞机结构设计中占有非常重要的地位。常用的紧固件连接设计包括螺接与铆接。
1螺接设计
螺接比较广泛地应用于飞机装配设计中，包括螺栓连接与螺钉连接，其中，螺栓连接主要应用于受力较大的部位。其中包括机身前、中、后段之间的对接，机翼、中央翼、机身的对接；尾梁与机身对接，平尾、垂尾的安装，起落架与机身的连接，发动机舱与机翼的连接，结构各部分接头的连接以及选装设备与机身、机翼等部件连接等位置。螺钉连接主要应用于承力较小或者仅起可拆卸连接的部位，其中包括可拆卸壁板的连接，也包括大小口盖和易损换的结构部件等部位。
1.1螺栓的分类
螺栓的连接方式中，螺栓的使用要根据飞机不同结构的不同受力方式采用不同的连接。螺栓常见的受力承拉或者承剪，要么就是两者结合的方式。这3种使用方式所使用的螺栓也是不同的，分别对应承拉螺栓、承剪螺栓和拉剪螺栓。螺栓连接中根据应用的连接部位不同又分为盲连接、密封连接、普通连接等，其中盲连接通常在结构中布置相应托板螺母或者嵌入件，密封连接通常应用在有密封要求的地方，譬如整体油箱、设备舱、客舱等。
1.2材料
不管是哪一种螺接的设计，其材质都是重中之重，都必须要能够经受飞机飞行过程中所受到的力量。所以，对于材料的选择是非常重要的。现阶段螺栓与螺钉所用的材质大多是钢材质，以碳钢和合金钢为主，驾驶舱或者成品件也有部分螺钉是塑料材质，主要应用其质轻、防腐蚀等特点，仅起连接作用。
1.3螺母和垫圈的选择
与螺栓螺钉相匹配的是螺母与垫圈的选择，飞机结构设计中常用的螺母种类是非常多的，像六角螺母、自锁螺母、托板螺母等多种多样的螺母。在使用螺母的过程中，一定要按照螺栓的需求选择合适的螺母。螺母的材质和螺栓的材质是一样的，这也会保证受力的一致。但是在实际的飞行过程中，螺母所承受的力量比螺栓要承受的力量要小，所以即使螺母的强度比螺栓螺钉低一级也是在允许的范围之内。紧密件结构垫圈的选择上，一般是采用合金材质的垫圈，钢材质的垫圈应用也比较广泛。除此之外还有功能性的弹簧垫圈等，主要起防磨、分散受力的效果。
2铆接设计
铆接是紧密件设计中非常重要的一部分，铆接的设计其原理就是将两块板通过铆钉进行连接，在飞机上占连接比例约为60%-80%，其中主要包括连接两两部件（无需拆卸）、连接蒙皮和骨架以及骨架与骨架之间的受力连接，壁板与蒙皮的连接等。
2.1铆接在飞机紧密件设计的原则
铆接在紧密件设计中最重要的原则就是铆钉的布局。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而铆钉有着单排、双排、三排、平行、交叉等多种排列方式，铆接的排列设计需要严格遵循相关的规范要求，根据实际的情况，设计出最优化的方案。一般来说，铆接的单排设计都是应用在蒙皮与腹板连接的结构中，双排设计应用在蒙皮与腹板的铆缝中。铆接方案的优劣直接影响紧固件部位连接的质量和抗疲劳性能。
2.2铆接的种类
铆接设计的种类一般来说，根据其功能的不同，分为普通铆接方式和干涉配合铆接方式，又根据其需求的不同分为密封铆接和特种铆接。这4种铆接方式各有各的优点，在飞机结构的各个部位都得到了不同的应用。比如密封铆接主要应用在飞机的密封结构中，例如：飞机的气密座舱、整体油箱、设备舱等。包括水上飞机的水密舱也是属于密封铆接的一种。干涉配合铆接主要是在要求比较高的组合件中存在，其可以在结构上实现均匀的干涉配合连接。特种铆接的方式现阶段一般有两种：一种是电磁铆接，一种是自动铆接。电磁铆接一般是运用在大直径的设备上，可以用来代替大型功率的压铆设备。自动铆接是基于自动铆接机，弥补传统的手工铆接因为技术和材料的局限，导致的紧密件连接中出现裂痕的不足。
3安装工艺改进措施
3.1优化模具参数，采购新模具进行生产
对于问题产品，进行优化整改。通过更改十字槽阳模弧面尺寸，同时控制外圆尖边厚度，经过装配测试及厂家测绘后，已完成试装，基本满足现场需求。
3.2改善装配工艺效果思考
一方面应该强化对标准件的管理，筹建集标准件生产、采购、验收、存储、配套、发放于一体的专门机构—标准件中心。以零件生产信息化为工具、以安全库存预警和“订货点法”为主要管理模式，形成一套标准件生产、采购、验收、存储、配套、发放于一体的全新管控体系。另一方面标准件中心对各车间使用的标准件进行统一配送发放，以保证批次的一致性，按工序进行配送，且为同一厂家同一批次的标准件。车间在使用过程中容易出现混批次安装情况，为保证装机质量，各生产单位应编制内部现场标准件批次性安装管理要求。如果标准件质量进行了提升，装配现场装配混乱也无法达到最佳装配效果。
3.3关联组合法研究
在紧固件的设计中，通过对紧固件之间匹配程度和使用上的要求，找出其中的关联点和规律，并且进行统计和分析，确定这些规律能够在系统中实现。这样既能够突破传统的设计理念，保证在紧固件的设计和安装上能够自动进行匹配，比如不同的紧固件的型号、结构的匹配度、制作的规律以及使用的位置和环境等；又能够根据这些统计结果对飞机紧固件系统进行完善，为得到通用性及实用性更强的飞机标准件数据库奠定基础。
结语
紧固件连接设计是基于飞机结构装配的，在具体设计过程中要根据不同的装配部位，不同的受力形式选择合适的紧固件进行连接设计。飞机结构装配紧固件设计至关重要不容大意。设计员在进行紧固件连接设计时要从成本、重量及功能方面综合考虑，保证零部件的连接性，维护性，同时注意尽可能选择与主承力结构材料一致的紧固件，避免异种材料接触产生电化学腐蚀，复合材料铆接尽量采用抽铆，避免出现错误的连接方式导致装配连接设计不当。同时要充分利用数字化信息化方法，提高紧固件连接设计效率与精准度，建立一定的紧固件数据库，为飞机型号后续设计改进奠定基础。
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论文作者:孟红伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/24
标签：飞机论文; 螺栓论文; 紧固件论文; 螺母论文; 结构论文; 标准件论文; 密件论文; 《基层建设》2019年第29期论文;