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摘 要：根据民用飞机翼身结构和对接形式，阐述国内民用飞机翼身对接超差产生必然性。根据典型超差情况，总结出超差的典型处置方式并对相应处置方式进行强度评估。
关键词：民用飞机 翼身对接 超差 强度分析
中图分类号：V2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0038-02
由于在规定的时间和成本限制范围内，要制造出百分之百符合工程图纸和技术规范的高度复杂的产品是不可能的。设计缺陷、工装偏离、制造误差、理解错误以及其他种种难以预见的原因都会造成零部件偏离图纸和技术规范的要求[1]，因此需要对已造成偏离/超差的产品进行处置，使其尽可能恢复到图纸状态。
机翼机身对接结构是飞机的主承力关键结构，对接区域也是飞机受力最严重、最复杂的部位。机翼与机身的连接分为两大类[2]：一类是机翼在机身两侧与机身结构对接，用于中单翼布局，机翼不穿过机身，通常是梁式机翼和多腹板式机翼，机翼翼梁接头与机身框接头连接，对接处为机翼设计分离面。另一类是左右机翼连成一体，通过中央翼与机身连接，用于上单翼、下单翼及允许机翼贯通机身的中单翼布局。
翼身对接增加了结构的复杂性，同时也影响结构强度。一般情况下，民用客机机翼采用超临界翼型，且带有后掠角和上反角，由于受到制造水平的限制，大部分民用客机在机身两侧的外翼根部与中央翼对接处设置分离面[3]。机翼机身对接部位也成为偏离/超差高发区域，因此本文针对民用飞机翼身对接过程中的典型超差情况进行分析。
1 典型翼身对接部位结构
中央翼与外翼在对接处采用工艺分离面，翼身对接处肋上缘条采用双“土”字型材结构，肋上缘条上水平缘板与中央翼上壁板蒙皮连接，下耳片通过长桁接头与中央翼上壁板的长桁连接，长桁接头与双“土”字型材下耳片之间允许加垫片。肋上缘条立筋与机身侧壁板蒙皮相连接，如图1所示。
中央翼下壁板通过长桁接头与肋下缘条进行连接，如图2所示。
外翼肋三叉接头与中央翼前后梁通过多个紧固件相连，中央翼前梁腹板与三叉接头，对接肋上下缘条与三叉接头之间均允许加垫（包括硬铝垫片和可剥垫片）。其中，前梁连接处如图3所示。
2 典型超差处置方式及对接部位受力分析
针对民用飞机翼身对接形式，翼身对接部位超差类型主要为间隙超差。如果间隙大于图纸要求，通常可以增加垫片厚度，垫片的最大厚度要求小于连接部位紧固件直径的1/4。垫片总厚度如果超出紧固件直径的1/4，需酌情加大紧固件或特制超差零件。如果间隙小于图纸要求，通常根据实际间隙特制垫片，甚至打磨连接部位零件。此外，可根据实际间隙的大小调整组合硬铝垫片和可剥垫片。
超差后中央壁板主要承受外翼传来的载荷，外翼传来的弯矩引起了壁板的轴向载荷，上壁板主要受压，下壁板主要受拉；外翼传来的剪力和扭矩产生壁板剪流，上壁板剪流通过对接肋与机身平衡，下壁板的剪流通过龙骨梁传给机身。中央翼上壁板除承受外翼传来的载荷，还承受机身客舱商载、气密压力的作用，壁板上的蒙皮通过紧固件直接把气密压力传给长桁和地板纵梁。长桁承受的气密压力以多支点梁的形式传给地板纵梁，由地板纵梁将气密载荷传给展向梁、前梁和后梁，然后传给机身。
超差后，机翼的上下壁板、前后梁和肋仍是封闭翼盒，壁板上的主要载荷是空气动力载荷，蒙皮将收集到这些载荷传递给肋，再由肋将载荷分布到整个翼盒结构上。壁板主要承受拉压和剪切载荷，前者用于向机翼根部传递弯矩、后者用于向机翼根部传递扭矩。
3 典型超差强度分析
选取典型情况，中机身与外翼调姿完成后中央翼后梁下缘条与三叉接头水平方向间隙超差说明超差处置后强度校核过程。
中机身与外翼调姿后，下缘条与三叉接头间理论间隙为3 mm，实测值为4.6 mm。超差采用如下处置方式，下缘条与三叉接头间隙处取消可剥垫片，按实际间隙在贴合面位置继续增加硬铝垫片。
增加硬铝垫片后紧固件弯曲应力变大。根据《先进民机结构耐久性手册》，非结构垫片的厚度不大于紧固件直径的0.25倍。该部位非结构垫片总厚度为4.6 mm，只要紧固件直径大于18.4 mm即可。对接部位连接结构的破坏模式主要表现为螺栓的剪切破坏与结构件的钉孔挤压破坏。采用硬铝垫片替换可剥垫片，不会带来工作载荷和传力的变化，对结构静强度无影响。
疲劳强度分析采用《民机结构耐久性与损伤容限设计手册》提出的结构细节疲劳额定值法。采用硬铝垫片来替换可剥垫片，增大了对接截面的叠层厚度h，带来三叉接头孔边的附加弯矩，需要对三叉接头的疲劳危险细节进行重新评估，如图4所示。DFR计算公式为：DFR=DFRbase×ABCDEURC。式中：用于表征材料叠层厚度系数（用于修正附加弯矩的影响）的参数为D。对接部位紧固件通常为螺栓且有较高的工艺要求，取A≥1.05。由于加垫不改变传力形式，不改变σbr/σg值，因此三叉接头疲劳危险细节的DFR值无变化。故采用增加硬铝垫片的方式对结构疲劳强度无影响。
因此增加硬铝垫片后接头结构的强度无影响，超差处置方式可接受。
4 结语
文章介绍了民用飞机典型翼身对接结构形式，总结出国内民用飞机翼身对接阶段的常见超差及对应处置方式。通过超差后强度评估算法，为后续类似超差的处置提供了参考。
参考文献
[1] 中国航空工业总公司第六四零研究所.麦道飞机联络工程手册[M].北京：航空工业出版社，1996：1.
[2] 郭超.大型飞机翼身对接形式分析[J].飞机工程，2005（2）：1-4.
[3] 张讯.国外民用客机外翼、中央翼对接结构综述与分析[J].民用飞机设计与研究，2009（3）：1-3.
关键词：民用飞机 翼身对接 超差 强度分析
中图分类号：V2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0038-02
由于在规定的时间和成本限制范围内，要制造出百分之百符合工程图纸和技术规范的高度复杂的产品是不可能的。设计缺陷、工装偏离、制造误差、理解错误以及其他种种难以预见的原因都会造成零部件偏离图纸和技术规范的要求[1]，因此需要对已造成偏离/超差的产品进行处置，使其尽可能恢复到图纸状态。
机翼机身对接结构是飞机的主承力关键结构，对接区域也是飞机受力最严重、最复杂的部位。机翼与机身的连接分为两大类[2]：一类是机翼在机身两侧与机身结构对接，用于中单翼布局，机翼不穿过机身，通常是梁式机翼和多腹板式机翼，机翼翼梁接头与机身框接头连接，对接处为机翼设计分离面。另一类是左右机翼连成一体，通过中央翼与机身连接，用于上单翼、下单翼及允许机翼贯通机身的中单翼布局。
翼身对接增加了结构的复杂性，同时也影响结构强度。一般情况下，民用客机机翼采用超临界翼型，且带有后掠角和上反角，由于受到制造水平的限制，大部分民用客机在机身两侧的外翼根部与中央翼对接处设置分离面[3]。机翼机身对接部位也成为偏离/超差高发区域，因此本文针对民用飞机翼身对接过程中的典型超差情况进行分析。
1 典型翼身对接部位结构
中央翼与外翼在对接处采用工艺分离面，翼身对接处肋上缘条采用双“土”字型材结构，肋上缘条上水平缘板与中央翼上壁板蒙皮连接，下耳片通过长桁接头与中央翼上壁板的长桁连接，长桁接头与双“土”字型材下耳片之间允许加垫片。肋上缘条立筋与机身侧壁板蒙皮相连接，如图1所示。
中央翼下壁板通过长桁接头与肋下缘条进行连接，如图2所示。
外翼肋三叉接头与中央翼前后梁通过多个紧固件相连，中央翼前梁腹板与三叉接头，对接肋上下缘条与三叉接头之间均允许加垫（包括硬铝垫片和可剥垫片）。其中，前梁连接处如图3所示。
2 典型超差处置方式及对接部位受力分析
针对民用飞机翼身对接形式，翼身对接部位超差类型主要为间隙超差。如果间隙大于图纸要求，通常可以增加垫片厚度，垫片的最大厚度要求小于连接部位紧固件直径的1/4。垫片总厚度如果超出紧固件直径的1/4，需酌情加大紧固件或特制超差零件。如果间隙小于图纸要求，通常根据实际间隙特制垫片，甚至打磨连接部位零件。此外，可根据实际间隙的大小调整组合硬铝垫片和可剥垫片。
超差后中央壁板主要承受外翼传来的载荷，外翼传来的弯矩引起了壁板的轴向载荷，上壁板主要受压，下壁板主要受拉；外翼传来的剪力和扭矩产生壁板剪流，上壁板剪流通过对接肋与机身平衡，下壁板的剪流通过龙骨梁传给机身。中央翼上壁板除承受外翼传来的载荷，还承受机身客舱商载、气密压力的作用，壁板上的蒙皮通过紧固件直接把气密压力传给长桁和地板纵梁。长桁承受的气密压力以多支点梁的形式传给地板纵梁，由地板纵梁将气密载荷传给展向梁、前梁和后梁，然后传给机身。
超差后，机翼的上下壁板、前后梁和肋仍是封闭翼盒，壁板上的主要载荷是空气动力载荷，蒙皮将收集到这些载荷传递给肋，再由肋将载荷分布到整个翼盒结构上。壁板主要承受拉压和剪切载荷，前者用于向机翼根部传递弯矩、后者用于向机翼根部传递扭矩。
3 典型超差强度分析
选取典型情况，中机身与外翼调姿完成后中央翼后梁下缘条与三叉接头水平方向间隙超差说明超差处置后强度校核过程。
中机身与外翼调姿后，下缘条与三叉接头间理论间隙为3 mm，实测值为4.6 mm。超差采用如下处置方式，下缘条与三叉接头间隙处取消可剥垫片，按实际间隙在贴合面位置继续增加硬铝垫片。
增加硬铝垫片后紧固件弯曲应力变大。根据《先进民机结构耐久性手册》，非结构垫片的厚度不大于紧固件直径的0.25倍。该部位非结构垫片总厚度为4.6 mm，只要紧固件直径大于18.4 mm即可。对接部位连接结构的破坏模式主要表现为螺栓的剪切破坏与结构件的钉孔挤压破坏。采用硬铝垫片替换可剥垫片，不会带来工作载荷和传力的变化，对结构静强度无影响。
疲劳强度分析采用《民机结构耐久性与损伤容限设计手册》提出的结构细节疲劳额定值法。采用硬铝垫片来替换可剥垫片，增大了对接截面的叠层厚度h，带来三叉接头孔边的附加弯矩，需要对三叉接头的疲劳危险细节进行重新评估，如图4所示。DFR计算公式为：DFR=DFRbase×ABCDEURC。式中：用于表征材料叠层厚度系数（用于修正附加弯矩的影响）的参数为D。对接部位紧固件通常为螺栓且有较高的工艺要求，取A≥1.05。由于加垫不改变传力形式，不改变σbr/σg值，因此三叉接头疲劳危险细节的DFR值无变化。故采用增加硬铝垫片的方式对结构疲劳强度无影响。
因此增加硬铝垫片后接头结构的强度无影响，超差处置方式可接受。
4 结语
文章介绍了民用飞机典型翼身对接结构形式，总结出国内民用飞机翼身对接阶段的常见超差及对应处置方式。通过超差后强度评估算法，为后续类似超差的处置提供了参考。
参考文献
[1] 中国航空工业总公司第六四零研究所.麦道飞机联络工程手册[M].北京：航空工业出版社，1996：1.
[2] 郭超.大型飞机翼身对接形式分析[J].飞机工程，2005（2）：1-4.
[3] 张讯.国外民用客机外翼、中央翼对接结构综述与分析[J].民用飞机设计与研究，2009（3）：1-3.