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空间结构在飞机修理坞的应用

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：吴启锋

[导读] 摘要：本文阐述了空间结构在飞机修理坞应用的重要性，对飞机尾坞工作原理进行说明，做出空间结构在飞机修理坞应用的分析，希望对我国空间结构在飞机修理坞应用的发展有所帮助。

        珠海经济特区联谊机电工程有限公司 519000
        摘要：本文阐述了空间结构在飞机修理坞应用的重要性，对飞机尾坞工作原理进行说明，做出空间结构在飞机修理坞应用的分析，希望对我国空间结构在飞机修理坞应用的发展有所帮助。
        关键词：空间结构；飞机；飞机修理坞
        一、空间结构在飞机修理坞应用的重要性
        近些年来国内民航业蓬勃发展，飞机数量激增。根据国际民航组织的统计，早在2005年我国航空运输总周转量已上升至世界第二位。伴随着民航业的发展，机场维修工装设备也在不断地发展。相对于一般意义上的机械维修工装设备不同，民航客机由于自身的体积巨大，其维修工装设备也通常巨大，高度能够达到十余米或更高。
        机坞是飞机修理的先进设备，在机坞上面生产工人可以进到飞机所有每个部位作业面进行有效作业。机头坞可以完成更换驾驶舱观察玻璃、机头罩天线等维修；机身坞为了保持同步，分前后两段机身坞；机身坞设机背架到达机背，工作平台还可升降；机尾坞可使操作人员到机尾各个部分。由于在室内，台风时会关闭机库大门，风力不起控制作用，地震区按悬挂结构考虑地震效应。机坞的节点考虑螺栓球节点价格较贵，而且支承平台也不方便，因此采用了矩形钢管相贯节点，矩形钢管端头只需平面的切削加工，比圆钢管空间切削加工既方便又便宜，以焊接相贯简单形式连接，必要时加强。目前国内尚无矩形钢管相贯节点规范可循，但国外已采用比较普遍，各国均有规范与指南，我们采用了K型Y型N型及T型节点。N型是K型特殊形式，T型是Y型特殊型式。内力大时我们采用加劲板及加腋的加固方法，基本上解决了节点强度问题，节点计算公式是按国外规范。
        二、飞机尾坞工作原理
        飞机尾坞是一种专门用于飞机垂直尾翼或水平尾翼维修和维护的特殊工装设备，主体为空间钢结构。它一般由左右两部分组成，对称于飞机中心线。当飞机维修时，形成一个闭合的整体，维修人员能够方便地从一个维修工位到达另一个工位。在飞机尾翼还未进入尾坞时，左右尾坞处于开启状态;维修状态时，垂直尾坞处于闭合状态。飞机尾坞的最下层通常是一个带有U形缺口的钢平台，U形缺口可以容纳飞机机身尾部，维修的区域包括机舱后客舱门和辅助动力装置(APU)等部位。根据飞机垂直尾翼的高度，通常在垂直方向分布有若干个工作台面，每个台面间的垂直距离约为2m，可以实现整个垂直尾翼的维修。
        根据不同的分类方式尾坞可以分为以下类别。按照所处位置不同可以分为地面式尾坞和悬挂式尾坞。地面式尾坞通常是水平尾翼维修架和垂直尾翼维修架为一体，左右两侧的机坞布置在轨道上或有移动轮，从而使其具备开合功能。悬挂式尾坞则是拆分为垂直尾翼维修架和水平尾翼维修架两个独立的维修单元。通常在屋顶设置轨道梁，左右垂直尾翼维修架悬挂其上，通过轨道轮移动实现开合功能。坞的设计是多学科综合运用的过程。设计的时候需要分析实际需要和客观条件，分析选型，确定其主体钢结构。在此基础上，再进行进一步的机械零件与控制系统的设计。
        三、空间结构在飞机修理坞的应用分析
        空间结构是指在大厅式平面组合中，对面积和体积都很大的厅室，例如剧院的观众厅、体育馆的比赛大厅等，它的覆盖和围护问题是大厅式平面组合结构布置的关键，新型空间结构的迅速发展，有效地解决了大跨度建筑空间的覆盖问题，同时也创造出了丰富多彩的建筑形象。空间结构系统有各种形状的折板结构、壳体结构、网架壳体结构以及悬索结构等。
        飞机的机体结构通常是由蒙皮和骨架等组成。蒙皮用来构成机翼，尾翼和机身的外形，承受局部气动载荷，以及参与抵抗机翼，尾翼，机身的弯曲变形和扭转变形。骨架包括纵向构件主要包括梁和桁条组成其作用主要是承受机翼、尾翼、机身弯曲时所产生的拉力和压力；横向构件包括翼肋、隔框等，主要用来保持机翼、尾翼和机身的截面形状，并承受局部的空气动力，各类飞机大部分以铝合金作为主要结构材料。飞机上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。

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因为其密度小、强度高的优点，在航空材料中得以广泛的应用。铝合金结构在使用过程不可避免地受到不同程度的损伤，如蒙皮破孔、梁缘条裂纹、框变形等，因而需要采取相应的方法加以修理，保证各个结构能够在使用中安全负载和工作。
        1、飞机铝合金蒙皮。蒙皮是包围在机翼骨架外的维形构件，用粘接剂或铆钉固定于骨架上，形成机翼的气动力外形。蒙皮用来构成机翼、尾翼和机身的外形，承受局部空气动力载荷，以及参与抵抗机翼、尾翼、机身的弯曲变形和扭转变形。早期低速飞机的蒙皮是布质的，而如今飞机的蒙皮多是用硬铝板材制成的金属蒙皮。机身蒙皮与机翼蒙皮的作用和构造相同。如衍梁、衍条、蒙皮、隔框的不同组合、可以形成机身的不同构造形式。如果蒙皮较厚，则衍梁、衍条、隔柜可以较弱；如果蒙皮较薄，则上述骨架也应该较强、较多。
        2、梁的结构及特点。翼梁是最主要的纵向构件，它承受全部或大部分弯矩和剪力。翼梁一般由凸缘、腹板和支柱构成，剖面多为工字型。翼梁固支在机身上。凸缘通常由锻造铝合金或高强度合金钢制成，腹板用硬铝合金板材制成，与上下凸缘用螺钉或铆钉相连接。凸缘和腹板组成工字型梁，承受由外载荷转化而成的弯矩和剪力。衍条的形状、作用与机冀的衍条相似。桁条是用铝合金挤压或板材弯制而成，铆接在蒙皮内表面，支持蒙皮以提高其承载能力，并共同将气动力分布载荷传给翼肋。衍梁的形状与衍条相似，但剖面尺才要大些，其作用与翼梁相似。
        3、长桁的结构及特点。长桁（桁条）是与蒙皮和翼肋相连的构件长桁是与蒙皮和翼肋相连的构件。长桁上作用有气动载荷。在现代机翼中它一般都参与机翼的总体受力—承受机翼弯矩引起的部分轴向力，是纵向骨架中的重要受力构件之一。除上述承力作用外，长桁和翼肋一起对蒙皮起一定的支持作用。
        4、隔框的结构及特点。隔框沿机头到机尾分布，数量很多，主要作用是形成并保持机身的横剖面形状，同时它与析条、衍梁、蒙皮等连接在一起参加整体受力。隔框的外形和剖面形状很多隔框又分普通隔框和加强隔框。加强隔框须承受如机冀、尾翼、起落架、发动机通过接头传递而来的集中力。故材料和结构都比普通隔框强。
        5、翼肋的结构及特点。形成并维持翼剖面之形状；并将纵向骨架与蒙皮连成一体；把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁。普通翼肋的作用是将纵向骨架和蒙皮连成一体，把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁，并保持翼剖面的形状。加强翼肋就是承受有集中载荷的翼肋。加强翼肋虽也有上述作用，但其主要是用于承受并传递自身平面内的较大的集中载荷或由于结构不连续引起的附加载荷。
        四、总结
        总而言之，机坞的设计是多学科综合运用的过程。设计的时候需要分析实际需要和客观条件，分析选型，确定其主体钢结构。不同飞机应具有通用性，不同飞机的尾部外形尺寸不同，设计时就需要考虑到多种飞机维修的需求。在此基础上，再进行进一步的机械零件与控制系统的设计，我国民航业近年来发展迅速，飞机数目增加，国内飞机维修水平也不断提高，加之国内人力成本相对国外较低，国外的一些飞机有时也到国内维修，这使得国内飞机维修业发展迅速，飞机维修业对其相应的辅助设备的要求也不断地提高，飞机维修工装设备的设计与研究也必将得到大力发展。
        参考文献
        [1]高维元,杨健.螺栓球节点网架在Ｂ－７４７飞机修理坞中的首次设计与应用[C].//中国土木工程学会.第七届空间结构学术会议论文集.1994:478～482.
        [2]珠海经济特区联谊机电工程有限公司.一种飞机机身修理坞:CN201720342737.0[P].2017-12-26.
        [3]珠海经济特区联谊机电工程有限公司.尾坞维修系
        统:CN201320446624.7[P].2014-03-05.
        [4]珠海经济特区联谊机电工程有限公司. 应用于飞机维修平台的丝杠式系统和安全锁:CN201520387587.6[P].2015-12-09.