近日，國家標準件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心與中國商用飛機有限責(zé)任公司簽訂了《技術(shù)鑒定協(xié)議》和《檢驗檢測合同》，為C919大型客機標準件承擔(dān)質(zhì)量檢測任務(wù)。這標志著中心檢驗業(yè)務(wù)繼核電、風(fēng)電之后，又涉足到了航空高端領(lǐng)域。中國商飛公司是經(jīng)國務(wù)院批準成立，是實施國家大型客機項目的主體，實現(xiàn)我國民用飛機產(chǎn)業(yè)化的主要載體。大型飛機重大專項是黨中央、國務(wù)院建設(shè)創(chuàng)新型國家，提高我國自主創(chuàng)新能力和增強國家核心競爭力的重大戰(zhàn)略決策，是《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》確定的16個重大專項之一。中心承擔(dān)的航空標準件作為飛機裝配連接方式，其質(zhì)量直接影響飛機結(jié)構(gòu)抗疲勞性能與可靠性，因此其質(zhì)量檢測也是極其關(guān)鍵和重要的環(huán)節(jié)。航空用標準件因其工藝標準件的特殊性，有別于一般標準件產(chǎn)品的常規(guī)檢測，其中尺寸檢測、抗拉強度、抗剪強度、晶粒流線、磨削燒傷等檢測項目都有其專門的標準。為確保高鎖螺栓檢測任務(wù)的順利實施，中心專門成立了由一名高級工程師帶隊的檢驗檢測攻關(guān)小組，對航空檢測標準進行了解讀，檢測規(guī)范制定，并根據(jù)高鎖螺栓外形特征設(shè)計研發(fā)了專門的工裝夾具。同時，中心也順利通過了商飛公司的檢測大綱評審。世界先進航空緊固件進展
隨著航空工業(yè)飛速發(fā)展，大量飛機同時開發(fā)，航空緊固件工業(yè)迎來了史無先例的新紀元。緊固件在飛機上廣泛分布，在一架典型的雙通道飛機(如A330/A340)的機身和機翼上，大約有40萬件。從智能緊固件到高性能環(huán)槽緊固件(XPLs)，緊固件制造商應(yīng)該抓住這一難得的機會對廣泛的需求做出響應(yīng)。
智能緊固件
配以帶遙控功能的嵌入式微處理器和集成傳感器，緊固件也會變得聰明起來。智能緊固技術(shù)的基本原理是借助外部力源，如磁場、遠紅外輻射、超聲波等，讓緊固件可被遠距離地自行鎖止或松開。智能緊固件主要用于高載富集區(qū)。首創(chuàng)智能緊固技術(shù)概念的Textron緊固系統(tǒng)公司(TFS)稱，此技術(shù)可能全面改變系統(tǒng)的設(shè)計、組裝、維修等流程，通過把智能植入緊固件，人們可以實現(xiàn)許多新功能：便利的遙控式裝配和拆卸，及時察覺多種與緊固相關(guān)的狀態(tài)，諸如某個緊固件是否被過載等。
TFS最近開發(fā)的Intevia智能緊固系統(tǒng)，主要用于貨艙的門閂。該系統(tǒng)利用一種新型的集感知與驅(qū)動于一體的智能材料——形狀記憶合金，作為緊固操作的執(zhí)行機構(gòu)，當電流通過時，形狀記憶合金收縮，當門閂組件之一與其連接，它就拉動或釋放門閂。把智能緊固件及其遙控/伺服功能與整機的電源和數(shù)據(jù)系統(tǒng)集成一體，可以借助PC機、PDA、或其他專門接口，發(fā)出指令對已預(yù)留相應(yīng)密碼芯片的緊固件進行遙控操作。還可以訪問儲存在該緊固件系統(tǒng)中的實時信息，如被緊固的現(xiàn)狀以及相關(guān)的其他測試數(shù)據(jù)。由于智能緊固件可以不施加機械力就能完成各種緊固操作，在產(chǎn)品設(shè)計上，可以不必考慮預(yù)留緊固工具的操作空間；與以前使用的沉重的電-機設(shè)備相比，可以更安靜地操作。智能緊固件的另一個應(yīng)用領(lǐng)域是維護。接觸儀表盤、螺絲和其他需要拆裝的組件通常涉及大量的文書和記錄工作，智能緊固件的使用，由于可以遙控發(fā)送信號給計算機，所以所有的記錄都是自動的。緊固件可以記錄下誰操作了它，花了多長時間。在數(shù)據(jù)搜集上，與不得不記錄每件事的機械緊固件相比，智能緊固件有高度的可靠性。輕觸一下遙控開關(guān)，座位就可以打開，在軌道上重新布置或者重新連接。智能緊固件可以大量減少座位配置上需要的時間和勞動力。
一旦一組緊固件連接一塊面板，其中有個智能緊固件(具有信號發(fā)出和接收能力)，其他的是從屬部件，它們和智能緊固件同時工作。重要信息可以在各種系統(tǒng)間的智能緊固件間傳遞，這樣，系統(tǒng)間的信息交換能夠通過智能緊固件便利化。但是，Intevia緊固件不能在非常熱的環(huán)境中使用，例如發(fā)動機部位，因為形狀記憶合金超過一定溫度就會失去反應(yīng)。
Alcoa公司也對提供感應(yīng)環(huán)境能力和使緊固件在結(jié)構(gòu)整體性上形成高可靠質(zhì)量水平的智能緊固件感興趣，他們瞄準了能結(jié)合傳感器提供結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息的緊固件。Alcoa公司期望將來緊固件能夠提供可靠信息，以幫助延長飛機的飛行壽命。
SPS公司認為智能緊固件在地板區(qū)實用，它能對機艙外的快速變化自動反應(yīng)。同時，SPS對智能緊固件的信息儲存感興趣：“一個芯片可以存儲緊固件的預(yù)載、位置、金屬的熱量，所有這些文書工作將隨緊固件運動進行。SPS和另一個公司正在開展一個數(shù)據(jù)存儲緊固件的研究作，”但是，SPS公司不認為智能緊固件會成為主流，因為同標準緊固件相比成本較高。作為一個設(shè)計公司，菲力浦緊固公司也已經(jīng)觀察了一些市場上的智能緊固件，相信智能緊固件會在機身上得到應(yīng)用。他們說智能緊固件可以用在行李箱上，這個部位可以迅速放進、拿出，方便維護和維修。
將金屬和復(fù)合材料連在一起
今天，航空制造業(yè)的趨勢是混合結(jié)構(gòu)，利用每種材料的最好性能，達到減重、高壽命、隱身等性能要求，因此，鋁合金/鈦合金、復(fù)合材料/鋁合金、復(fù)合材料/鈦合金、復(fù)合材料/鈦合金/鋁合金等結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用。Alcoa公司的工程師設(shè)計了高性能螺栓緊固系統(tǒng)(XPL),采用鈦環(huán)圈將A380中央翼盒的復(fù)合材料和金屬部件連接在一起。由于中央翼盒的舷弧尺寸，緊固件的尺寸很大。這就意味著XPL需要專用的安裝工具，Alcoa公司不得不從機車和礦車等工業(yè)借用一些安裝工具的設(shè)計。另一個挑戰(zhàn)是程序開發(fā)的速度，過去這種緊固件要在決定建造飛機前開發(fā)并簽訂合格，但是XPL的開發(fā)與飛機的開發(fā)平行。XPL位于A380最重要的結(jié)構(gòu)區(qū)。除了中央翼盒，XPL也應(yīng)用于發(fā)動機掛架和翼身的連接部位�？商峁┑木o固件尺寸范圍較大，直徑從3/16英寸～1英寸(4.76mm～25.4mm)，尺寸的選擇基于飛機上每種連接的特殊需求。Alcoa公司瞄準A380貨機的大尺寸緊固件。MaxiBoltPlus拉拔型抽釘緊固系統(tǒng)為Textron緊固系統(tǒng)公司提供的作為A380上的3個結(jié)構(gòu)裝配件的緊固系統(tǒng)，應(yīng)用部位包括垂尾、J形鼻錐以及前緣縫翼。在垂尾上此緊固系統(tǒng)用來代替原來設(shè)計中規(guī)定的鋼螺栓。每一碳纖維尾翼段大約需要9000個螺栓，比鋼螺栓減重8.5kg。由聚苯硫醚注塑成形的J形鼻錐是連接翼身裝配件的部件。機翼上的前緣縫翼可改變飛機氣動力性能。MaxiBoltPlus拉拔型抽釘緊固系統(tǒng)將縫翼固定在78m的A380機翼上。A380安裝的此緊固系統(tǒng)有3種尺寸,可用標準的手提式或自動化工具以及機器人進行安裝。
自動安裝
隨著航空市場的發(fā)展，要求飛機研發(fā)的速度加快的及減少勞力的需求，因此，要求航空緊固件的設(shè)計易于自動化和使用機器人安裝。Alcoa公司致力于開發(fā)自動裝配緊固件，其中典型的產(chǎn)品是Ergo-Tech緊固件，這是一種相當新的緊固件，此緊固件用來替換傳統(tǒng)的“釘&環(huán)圈”系統(tǒng)，但在設(shè)計上滿足同樣的要求。Ergo-Tech緊固件適合單面安裝結(jié)構(gòu)，不需要第二個人操作，安裝工具界面允許轉(zhuǎn)移安裝力以避免拉脫。另外，安裝過程不會將振動傳到操作者的手上，能實現(xiàn)安裝人機界面友好，這些平穩(wěn)的安裝特性使此緊固件適合于機器人自動安裝。
鈦緊固件的優(yōu)越性
由于鈦合金材料具有強度高、重量輕、與復(fù)合材料電位匹配和防腐等性能，因此，隨著復(fù)合材料的大量使用，鈦緊固件的優(yōu)勢越來越突出。SPS航空緊固技術(shù)公司目前正進行鈦合金的研究，此前以SPSTITAN761緊固件的形式供應(yīng)給F1賽車行業(yè)，最近又以發(fā)動機和機身緊固件的形式引入航空工業(yè)。TITAN761的拉伸強度比Ti6Al4V的160ksi(1103MPa)高，可以達到180ksi(1241MPa)，所以可以縮小緊固件的直徑來減輕重量。大多數(shù)Alcoa的客戶(如空客)使用鈦緊固件，Alcoa目前正致力于研發(fā)強度可提高15%的新式鈦合金緊固件。其他客戶有較高強度的材料的特定需求，如在CFRP混合連接部位使用Inconel材料。
菲力浦緊固公司螺旋驅(qū)動系統(tǒng)
目前，菲力浦緊固公司非常流行的產(chǎn)品之一是MORTORQ螺旋驅(qū)動系統(tǒng)，其獨特的槽形使驅(qū)動工具與槽翼完全接觸,這樣就達到了非常高的扭矩能力并且沒有損傷。由于這種槽的深度在緊固件頭部最小并且具有終極扭矩能力，因此可應(yīng)用于100°沉頭及抗剪頭。菲力浦公司將其成功歸于它的許多應(yīng)用。由于非常淺的凹槽使緊固件頭部具有非常高的強度，這是在復(fù)合材料應(yīng)用上非常有價值的特征。MORTORQ系統(tǒng)由于其高扭矩能力，超過了菲力浦緊固公司試驗的所有其他驅(qū)動系統(tǒng)，包括從非常小的第2號緊固件到1英寸(25.4mm)直徑的高強度螺栓。
MORTORQ驅(qū)動系統(tǒng)非常容易清洗，所以通常應(yīng)用在維護、地板和其他涂漆的部位。由于其高扭矩，所以對操作者來說很容易使用，經(jīng)證明，操作者單手放在工具上就可以把緊固件拆除。
對所有緊固件的設(shè)計師和制造商來說，一個重大的挑戰(zhàn)就是原材料的取得，例如鈦合金和高鎳基合金，稀有的材料已經(jīng)造成成本上漲。當今航空市場急速發(fā)展，能夠獲得原材料是最重要的。另外，材料的交貨期非常長，所以能夠提供給客戶適當?shù)慕回浧谝彩且粋�挑戰(zhàn)。
空客和波音突然加快研制計劃，致使緊固件工業(yè)還沒有做好充足的準備。過去需要花一年時間才能開發(fā)出新的緊固件，但是現(xiàn)在就要求縮短到幾個月的時間。波音公司尤其感受到了緊固件是實實在在的攔路虎，緊固件短缺是波音787客機試飛遲遲無法進展的主要原因。2007年底，航空航天緊固件鈦合金原料不足，迫使波音發(fā)布787客機延期交貨的消息，緊固件短缺的問題仍可能對787帶來長期的經(jīng)營風(fēng)險。航空計劃的浪潮和復(fù)合材料的使用對于緊固件設(shè)計的協(xié)作和提前計劃起到積極的影響。當使用復(fù)合材料時，設(shè)計者預(yù)先就得更多地考慮到緊固件問題，提前作好規(guī)劃和準備。
國內(nèi)航空業(yè)經(jīng)過20年的發(fā)展，雖然已經(jīng)能夠生產(chǎn)多種鈦合金緊固件，但是種類、規(guī)格有限，設(shè)備能力有限。在國際航空以飛速發(fā)展的形勢下，國內(nèi)極需開發(fā)新材料、研制新型緊固件、擴大生產(chǎn)能力，來滿足國內(nèi)研發(fā)新型飛機的裝配需求。 |
