-20框裂纹故障原因分析

-20框裂纹故障原因分析

康建中

石家庄海山实业发展总公司

摘要：针对某型飞机固定连接减速伞舱的-20框裂纹故障，通过受力分析确定故障发生的原因

关键词：气动力载荷、振动载荷、拉力载荷、交变载荷、高载低周疲劳

一、引言

某型飞机固定连接减速伞舱的-20框多次发生裂纹故障，故障示例图片见图1。裂纹位于-20框与斜梁连接处筋条R角。

图1 -20框耳片裂纹故障图片

二、原因分析

（一）-20框工作原理

位于垂尾根部后设备舱后端处（见图2），为整体机加件，材料为7050-T7451铝合金。隔框后端与阻力伞舱连接；前端中上部接耳与2件可分解的-2上梁通过-3螺栓连接；下部筋条处与-10斜梁及左右-30下梁通过螺栓连接；在后端中上部上梁连接轴线处，安装有-100锁钩，锁钩通过2颗-1螺栓连接固定在-20框，锁钩用来锁闭阻力伞圆环。

图2 隔框装配位置

（二）受力分析

通过对-20框的连接结构进行分析，在飞行中框所承受的载荷主要有：

阻力伞舱外部气动力载荷：气动力主要是弯矩，作用力主要分布在阻力伞舱与隔框结合部位。阻力伞舱与-20框通过30颗螺栓进行连接，连接点分布在隔框外部框缘。

发动机振动载荷：发动机在开车过程中，产生高频低幅振动，由于各结构部件、各部位的刚度不同产生的振幅不同，在振动下可产生疲劳裂纹。

阻力伞通过锁钩传递的拉力载荷：在隔框后端中上部上梁连接轴线处安装有锁钩，锁钩用来锁闭阻力伞圆环，飞机着陆过程中采用阻力伞进行减速，阻力伞产生的阻力传递到锁钩上，并传递到相连的隔框上。

（三）原因分析

从-20框所的主要载荷来看，阻力伞舱气动力载荷分布较为均匀，且位于框缘，受力均匀，对框上与斜梁连接处筋条不会造成过载，气动载荷不是造成筋条裂纹的原因；发动机振动载荷一般来说，刚度小的结构振幅相对较大，更容易产生裂纹，-20框为整体机加框，发动机振动对框影响较小，发动机振动不是造成筋条裂纹的原因；阻力伞完全打开瞬间，所受阻力最大，对-20框的作用力远远大于伞舱气动力载荷及发动机振动载荷，若-20框传力结构不好，可能会造成框疲劳裂纹。

在飞机着陆放伞过程中，阻力伞产生的阻力通过阻力伞圆环直接传递到-100锁钩上，锁钩承受的拉力通过-1螺栓传递到-20框上，-20框上所承受的阻力伞拉力，通过位于轴线处的2根-2上梁传递到斜梁，再传递到垂直安定面上，见图3。

在正常情况下，阻力伞产生的力，主要由2根上梁来传递，与隔框下部筋条相连的斜梁及左右下梁，主要承受阻力伞舱气动力载荷。当上梁与隔框、或上梁与斜梁连接处存在间隙、或者上梁安装后，对隔框有向后的应力时，隔框在阻力伞拉力作用下，会产生向后运动或运动趋势。此时与斜梁及左右下梁相连的隔框下部筋条处受到向后拉伸的力矩，导致阻力伞工作过程中的载荷未能按照设计传力方式由上梁传力，对框体下部耳片产生一个拉伸力矩。同时，由于阻力伞拉力着力点与筋条边缘距离远大于筋条连接点中心到筋条边缘的距离，因此力臂比较大。

图3 隔框受阻力伞作用力

将-20框与-2上梁复位进行安装，发现须将伞舱向上抬起后才能够顺利安装连接螺栓-3（此现象为普遍现象，是由于后部连接的伞舱自身重量造成），在装上一侧-2上梁后，检查另外一侧上梁的螺栓连接孔处无错位现象。说明-20框与-2上梁在装配时无应力。观察阻力伞舱前端-20隔框左侧与斜梁连接处的筋条裂纹处的倒角，发现筋条裂纹处的倒角圆滑过渡。故排除由于装配应力造成故障裂纹。

综上述分析初步判断造成阻力伞舱前端-20隔框左侧与斜梁连接处的筋条裂纹的原因为：-20框在反复放伞过程中的产生交变载荷，-20框连接耳片在交变载荷作用下发生高载低周疲劳裂纹。由于多架飞机在同一位置发生裂纹，说明该处设计强度不足，需进行设计改进。

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