飞机座舱盖有机玻璃的修理(3)

通过上表可以看出此座舱盖有机玻璃裂纹数量之多, 尺寸之长都是比较少见的, 裂纹的程度已经 很严重, 并且这些裂纹具有以下的特点:

( 1) 一般起源于花槽上表面倒角处, 并向前、向下表面不断发展, 但也有极少数裂纹是起源于下表面( 21#, 23#花槽) ;

( 2)花槽上生成裂纹后, 在同一花槽上可以同时出现多条裂纹;

( 3)处于座舱盖玻璃对称轴线附近花槽( 22# )产生的裂纹数量多( 9条) , 长度大( 27mm );

( 4)当对称轴线( 22# )上生成裂纹后, 与其相邻近的花槽( 19#, 20#, 21#, 23#,24# )上也往往可以发现裂纹。

一、裂纹产生的原因及其影响

座舱盖有机玻璃在使用过程中产生裂纹的原因主要由于玻璃表面有应力集中导致疲劳裂纹, 而其应力产生主要有以下几个原因:

1、座舱内外静压差和局部空气动力压差所引起的应力

因飞机在高空飞行中需在座舱内增压, 在内外压力作用下, 整个座舱盖都参加受力, 其中玻璃直接承受大部分的载荷。在内外压力差作用时, 玻璃表面产生横向弯曲, 其中半径方向有均匀增大的趋势, 但其两侧下缘是通过粘接的涤纶带与金属骨架相连, 由于金属骨架刚度较大, 限制了玻璃半径的增大。由于玻璃后弧上开有花槽使其强度减小, 且整个座舱盖在使用过程中经常需要反复增压与卸压, 所以在沿后弧花槽内、外表面很容易产生纵向的疲劳裂纹。

座舱盖的横向弯曲

2、空中温差引起的应力

由于有机玻璃的导热性较差, 它的导热率只有0. 14~ 0. 17cal/m. h, 比铝合金的导热率小600~700倍; 热膨胀性大, 它在- 40 ~ + 80 时膨胀系数为6 ! 10- 5 ~ 13 ! 10- 5 / , 比铝合金高2~ 4倍, 当温度变化时, 玻璃容易产生较大的温差应力。在飞行过程中, 玻璃外表温度接近于大气温度, 这个温度随飞行高度的增加而降低, 玻璃内表面由于座舱加温而温度较高, 从而形成玻璃内外表面温度差。温度高的内表面产生较大的膨胀, 温度低的外表面产生较小的膨胀, 于是形成一个要膨胀, 一个则限制其膨胀的情况, 结果使外表面承受拉伸应力。

内表面温度通常设定为15 , 外表面温度与飞行高度、速度及导热率有关, 现设定为- 20，在正常的飞行条件下玻璃外表面所受伸应力较大, 而玻璃后弧开有花槽使强度减弱, 因而容易在强度较薄弱的地方产生裂纹。

3、装配应力与残余应力

有机玻璃在加工后弧花槽过程中由于刀具或加工方法等条件的限制, 加工区表面容易产生过热而形成热影响区, 在其后工序中如没有切除就会造成残余应力, 或由于玻璃与骨架贴合不好。螺检孔不正, 强行装配等原因造成装配应力, 通过装配后的回火处理而未能将这些应力消除时, 都可能使花槽产生裂纹。通过以上分析可以看出, 座舱盖玻璃在使用过程中可能承受上述几种应力, 前两种应力是舱盖玻璃在使用时产生的, 但后一种应力又往往是造成玻璃裂纹的直接原因。一旦玻璃表面产生裂纹后, 其

抗拉强度与冲击韧性会明显下降, 并且裂纹的深度 35??沙航空职业技术学院学报第5卷??和 长度会在使用过程中不断发展, 如未能及时发现, 当裂纹发展到一定的程度时, 舱盖玻璃有内外压差及空气动力的作用下, 极有可能发生座舱盖空中爆破的飞行事故。因此, 舱盖玻璃后弧花槽裂纹的现象不容忽视, 必须制定修理方法加以彻底解决。

二、后弧花槽裂纹解决方法

某型飞机座舱盖玻璃后弧花槽表面产生裂纹与如图3所示结构有很大的关系, 容易在R15mm图3", 某型舱盖玻璃后弧花槽示意图圆弧底部处产生应力集中。由于有机玻璃的导热性较差, 在加工过程中很难控制后弧花槽热影响区的产生,为了能够彻底的解决这一问题, 最根本的方法是取消后弧花槽, 采用平直端面,并

将原有1.5*45的倒角改为R2. 0mm 的圆弧从而解决裂纹产生的根源。

后弧平直端面示意图

三、改装后的主要技术参数与装配方法

某型飞机座舱盖玻璃后弧在改装前的结构及主要技术参数如图5所示。从图中分析可以看出,只要舱盖玻璃后端面与骨架有一定的搭接量及热间隙, 就可保证装配后座舱盖的密封性和强度要求。

某型座舱盖玻璃后弧花槽改装前装配示意图

改装后主要技术参数及装配方法如图6所示,其中最重要的热间隙数据的确定是保证改装后舱盖玻璃使用安全的关键部位。因此, 为了保证玻璃端面与骨架的搭接量, 可取消橡胶衬套, 其作用可以由填充XM - 48腻子来代替, 但是必须保留起支撑蒙皮作用的间隔衬套, 通过计算分析后定出热间隙为6+ 2- 0. 5。在玻璃下料和装配过程中应重点控制玻璃后弧与螺栓间隔衬套的热间隙, 其他零

件的装配及其检验方法仍按原有工艺规程的要求执行。

某型座舱盖玻璃后弧花槽改装后装配示意图

三、结论及建议

某型飞机座舱盖玻璃后弧花槽改装后, 某修理厂通过近两年时间的追踪调查发现没有舱盖玻璃后弧裂纹的报告和修理后返厂的情况, 此改装方法节约修理工时, 降低了修理费用, 缩短了修理周期。由于座舱盖有机玻璃是飞机的重要部件之一, 影响其加工使用性能有很多因素, 发现玻璃裂纹后的修理是事后工作, 并不能保证飞机在空中飞行使用的安全。因此要做好前期预防工作, 保证修理产品的质量可靠, 避免飞行等级事故的发生, 在工厂修理加工和部队使用过程中应

注意以下几点：

1、由于有机玻璃的导热性差, 加工时被加工表面和工具间的磨擦以及切屑的变形会使加工区域内产生很多的热量, 可能使材料过热而熔化, 容易造成废品, 而且切削热与切削力也会导致材料中内应力增加, 使有机玻璃件的安全性和使用寿命降低。因此, 加工方法、施工工艺及加工设备、刀具和夹具等必须适应有机玻璃的加工特性;

2、要求加工刀具刀刃锋利、夹持牢固、操作平稳, 充分冷却, 保证切削温度低, 工件残余应力小。钻孔是有机玻璃机械加工最敏感的一道工序,孔壁极易出现热积瘤, 造成\过烧\、龟裂、发雾、分层和崩边等现象, 是影响有机玻璃寿命的关键工艺之一, 钻头刃磨时的顶角一般在60?~ 140?之间,选择原则是当切削刃还未完全进入板料时, 钻头的切削横刃不应穿出板料;

3、加工时要对玻璃表面进行保护, 避免划伤、碰伤, 加工端面应进行打磨抛光, 保证其具有较低的表面粗糙度。当玻璃表面有损伤时, 应根据损伤形式采用不同的打磨方法, 打磨时的压力不能过大, 打磨范围应适当地大于损伤范围;

4、有机玻璃的裂纹有时与装配应力和残余应力有关。如果玻璃与骨架贴合不好造成间隙超过规定值, 应重新对玻璃进行模压处理, 或者当螺栓孔不正时切忌强行装配, 座舱盖在装配时, 必须正确安装, 各个螺栓拧紧的程度要一致, 装配后应进行回火处理以消除残余应力;

5、部队在使用维护过程中应禁止用有机溶剂擦(如油漆、酒精、丙酮等) 拭玻璃表面, 用抛光膏打磨有机玻璃后必须清洗干净, 工作时应防止工作灯、电烙铁等接近玻璃表面, 以避免局部过热而产生内应力。

6、座舱盖有机玻璃一般不允许存在有裂纹。当发现玻璃上有轻微裂纹时, 使

用部队要根据使用条件、玻璃牌号以及机型，认真分析，判断也裂纹产生的原因, 限定使用条件，并观察裂纹的发展状况,确定处理意见。当裂纹较大时，要停飞进行分析鉴定。危及飞行安全时，要及时更换玻璃。

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