侃侃修飞机的那些事

万磁王

铆钉
　　用来造飞机机身的材料，主要是密度低，强度高的铝合金。最常用的铝合金系列是铝铜合金系列 2XXX，代表合金是 2024，国内叫硬铝；和铝锌合金系列 7XXX，代表合金是 7075，国内叫超硬铝。
　　2024 抗拉伸性能好，所以用来做机身、大翼下半部蒙皮，7075 抗挤压性能好，所以用来做机身、大翼上半部蒙皮，以及龙骨梁、隔框、桁条（这三个就算是骨架了）。遗憾的是，这两种铝合金的可焊接性很差，只能是用铆接，而不是焊接了。
　　当然话也不能说死，有一种飞机的方向舵、升降舵尾端蒙皮，很薄的一层蒙皮，用一层很薄的衬里（有点像镶边、骨衬）加强，用的就是点焊，老技术了。
　　如果采用现代汽车行业的点焊工艺，是不是就得使用焊接性能非常好的钢板来造飞机啊？钢架结构的飞机是有的，不是主流。
　　飞机上有焊接的铝合金部件，是焊接性能和抗腐蚀性能很好的铝镁合金系列 5XXX，代表合金是 5056，典型部件是飞机外挂油箱和液力管。
　　飞机上用的紧固件的种类之多，一般人是难以想象的。一架飞机上的紧固件之多，也是一般人难以想象的。举例来说，一架波音 747-400 飞机，有 600 万多个零部件，其中半数是紧固件。

飞机上常用的 MS20426AD3 铆钉

万磁王

　　简单地、挂一漏万地介绍一下飞机上的铆钉。凡是上飞机的部件，都是要经过标准认证的。有的是行业协会的标准，比如 AN（Army/Navy，陆军海军）标准；MS（Military Standard），NAS（National Aerospace Standard），等等， 也有飞机公司自己的标准，比如波音公司的标准，以 BAC 开头，铆钉标准是 BACR（Rivet）；垫圈标准是 BACW（Washer）；螺母标准是 BACN（Nut）等等。
　　单说这铆钉的标准件号里，包含的信息就不少。制造实心铆钉，要依据美国联邦规范 QQ-A-430。接下来，按照 MS 或 NAS 系统来标识铆钉。我们至少需要知道一颗铆钉的如下信息：

铆钉头的外形

　　1/铆钉头的形状
　　2/铆钉的材质
　　3/铆钉杆的直径
　　4/铆钉的长度

铆钉头部都有材质识别标志

　　举例：MS20470AD4-5
　　MS20=美军标紧固件 20 类
　　470=铆钉头的代码，universial head，扁圆头（从 AN 标准继承来的，AN 那里的件号是 AN470）
　　AD=铆钉材质的代码（材料是 2117 铜铝合金，含铜 2.6%，强度（strength）是 27,000psi）
　　4=铆钉杆的直径是 4/32=1/8 英寸，直径以 1/32 英寸进位。
　　5=铆钉杆的长度是 5/16 英寸，长度以 1/16 英寸进位。
　　AD 铆钉的铆钉头中央，有个小凹坑作为识别标志。

　　常见的铝铆钉的材质还有
　　2017（D）：含铜 4%，强度 30,000psi，铆钉头标识是一个凸起的小圆点。
　　2024（DD）：含铜 4.4%，强度 35,000psi。铆钉头标识是两道凸起的线。
　　2017 和 2024 铆钉又叫冰箱铆钉，需要热处理。小直径的 2017（D）铆钉不需要热处理，大直径的需要。所有的 2024（DD）铆钉都需要热处理。
　　DD 铆钉，从材料库领出来的时候，热处理状态是 T4，直接安装是打不动的。必须先在热处理炉里 930F-950F 温度范围保温 1 小时退火，然后再冷水中淬火，然后放到冰冷的一种酒精（Isopropyl alcohol）里，放到冰箱里，用时取出。从冰箱里取出后，必须在 20 分钟内安装好，否则铆钉枪就打不动了。能打动也会发生裂纹。打好的 DD 铆钉的热处理状态是 T31。

万磁王

　　最近一次安装冰箱铆钉，持铆钉枪打铆钉的是个新手，没有经验，掌握不好力度，一颗铆钉打几次，结果发现有的铆钉出现裂纹，必须重新打。安装冰箱铆钉的要点就是力度合适，一气呵成，一次成功。

使用铆钉枪安装铆钉的过程

　　复合材料上也用铆钉，是特殊的铆钉，出于防腐蚀的考虑，材料只能是钛合金或莫奈合金。要粘接/铆接的复合材料板之间，仍然要涂树脂，或者封严胶（用什么怎么用严格遵守结构修理手册）。铆钉杆上涂封严胶，然后装入铆钉孔安装。复合材料铆钉安装有个特殊要求，就是不能用普通的冲击式铆枪，只能用挤压式的，复合材料怕冲击。

复合材料上使用普通铆钉会引发材料的损坏

必须使用特殊铆钉（右）

打铆钉的现场情景是这样的

着两张照片都是二战时期的，那时候的飞机外部还都是这种近似圆头的铆钉。现在的飞机讲究多了，刚出厂的飞机，机身外部一般都用平头铆钉，有些飞机也会在机身外部用到圆头铆钉，但都是在机身尾部气动影响不大的地方

　　这两张照片上的工人，都没有戴护耳。打铆钉会产生很大的声响。打 3/32、1/8 英寸小直径的铆钉，不带护耳也没啥。如果是打 5/32、3/16 英寸直径铆钉，特别是在封闭环境里，那最好是戴上了。当然，干活是干活，宣传是宣传，可能戴上护耳照相影响整体画面的美观。

万磁王

　　2010 年我就遇到过这么一次，一架 B737-200 做非常大的修理，我和搭档打铆钉安装一块很大的加强片，位置是中部机身左侧蒙皮，搭档在外面打铆钉，我在里面拿顶铁。我当时全部老保用品穿戴整齐，一个摄影者就在我后面拍照。工间休息的时候，刚起身准备走，又请求我能不能配合他再照几张。那就配合一下吧，他要求我胳膊这个位置，身体那个位置，脸部这样，目光那样，……，嘿嘿，全都是干不了活的位置。
　　最常见的护耳有这么三种：
　　传统护耳，我觉得这种实际上是最舒适的。我当摄影模特的时候，戴的是这种，黄色的。

　　这种耳塞，机库有多处供应箱，随便取用。方便，一次性使用。

　　还有这种，根据个人耳孔形状分别定制的，材料是硅胶。我也有一副，蓝色的。我现在不常用它，嫌不太舒服。颜色自选，我原先选透明或肉色，后来听劝选了蓝色。透明或肉色丢了不好找。

万磁王

钻孔
　　飞机停场、起飞、飞行、降落、停场过程中，大翼的受力情况非常复杂，不停地上下摆动。一般来说，大翼是最容易产生疲劳裂纹的飞机部件。大翼的设计、制造要求非常高。高深的咱头痛，就说简单的，简单的说。
　　飞机大翼上表面的铝合金板，主要合金元素是铝-锌-镁-铜，代表合金 7075-T6；翼梁翼肋也用 7075 系列；下表面的铝合金板，主要合金元素是铝-铜-镁，代表合金 2024-T3。各家制造商都有各自的高招，但万变不离其宗。含量、热处理状态可以改变，元素没法变。
　　疲劳裂纹容易从紧固件孔处产生。在大翼铝合金板上钻孔是很讲究的。首先，预钻一个小直径的孔；第二步用绞刀（reamer）把小孔修成光滑的孔；第三步用一种特殊的工具把这个孔膨胀挤压一下；最后用绞刀把孔修成光滑的最终直径的孔。用这种技术加工的高质量的孔，在大多数情况下，能有效提高疲劳寿命 3 倍以上。

绞刀（Reamer）

　　这就是FTI公司的 Split Sleeve Cold Expansion 技术，简单图示：

1/预先润滑的有缝套管套到工具上

2/连杆带套插入孔中

3/启动（液压式的）工具，作动杆从空和套管中抽出，逐渐加大对空的挤压力度，然后逐渐减小。注意杆的直径是不均匀的，杆头比后面粗

4/取出有缝套管丢弃

5/用绞刀将孔修到最终直径

孔周围的应力分布示意图。有一种专门的偏振片，以孔为中心贴到工件表面上，就可以看到这样的光环，但一般都达不到这么理想的圆形

万磁王

五金工具
　　来加拿大之前，做的工作种类很多，有些也与五金工具密切相关，但真正上手使用，却是很少。
　　到加拿大后，也算顺利，很快就找到这份“专业工作”—本地华人都熟悉这词儿。
　　立刻就发现和国内不同的地方了：接到 OFFER 的同时，也接到一份个人必备工具清单。工具竟然要自己买！而且工具箱都要自己买！国内可是到工具房领工具，收工后交回工具房的。
　　买就买吧。看别人的工具箱啥样，就买啥样的吧。就这样，到 Canadian Tire 买了一个工具箱，550 多元。我的工具箱和这个有点像，不完全一样。没注意原产地哪里，不是加拿大就是中国，到现在为止，我很满意它的质量。这个是 Cabinet，后来根据需要又买了一个 Chest，放在 Cabinet 上的，有六个抽屉。

　　买了一把气钻，也是在 Canadian Tire。50 加元不到。用了很短一段时间，实在不好用，干不成活儿，弃置不用。原产地 哪里也没仔细看。然后就买了一把 Chicago Pneumatic 的，厂家原来的名称是 Desoutter Ltd，UK。
　　干飞机结构修理这一行，最重要的工具就是这手钻了。这把钻的型号是 C22-P，200W，3300r/min，使用气压 6.3bar，钻头最大直径 1/4 英寸。价钱是 380 多加元，加上税超 400 加元了。非常顺手好用。拥有这种钻的同行不少。

C22-P

　　最常用的钻头的材质是高速钢和钴合金，我们用的钻头都是美加生产的。很少见有人磨钻头继续用的，钝了就扔。在国内，这磨钻头可是钣金工必须技能了。
　　这类英制钻头，价格从几十美分到几十美元不等。国内航空公司从航材公司手里买的价格，能比美加的价格高得多。高多少？高到国内航空公司的钣金工都把宝贵的时间用来磨钻头了……
　　国内造不出英制钻头？我不相信，也不知道。但你修英美制飞机，就得有英制钻头啊。
　　从一位资深飞行员+机械员+教员那里，听来一个磨钻头的故事，不保证真实性了，就当故事吧。加拿大伐木工人伐下的木头，现由直升机把原木吊到河边或路边，然后运出山。

　　一架吊原木的直升飞机悲剧了。悲剧之后总得有个说法，有个原因。查不出原因的时候，往死人身上推往往是简便方法，这一点哪里都一样。所以，基本定调飞机失事原因是直升飞机驾驶员误操作。
　　冤枉啊！飞行员的母亲非常不满，她对她的儿子非常信任：我儿子从小到大，做任何事情都是认真仔细，从来没有出过任何差错，他绝对不可能在工作中出差错！
　　在这位伟大的母亲呼吁督促之下，经过很长时间，终于查出，事故原因在于一个传动轴，在某家公司（不在美加，也不在中国）大修的时候，钻的孔有超出标准的偏差，经过一段时间的震动，紧固件松脱，悲剧了。
　　查到这根轴，后面的问题就好查了，钻那个孔的，只有一个经验丰富的老工人，他有一个习惯，就是磨钻头……，磨偏心了。
　　逝去的年轻飞行员是德裔。另外，飞行员都有一个工作习惯，说是规定更合适一些，就是严格执行工作单（Checklist）的每一条指令。这是防止工作出错的非常有效的措施。
　　失之毫厘，谬之千里。这样的例子在航空领域太多了。
　　打铆钉的铆枪，也是必备的。好的铆枪，比如 CP 的 CP-4444，将近 500 加元。一般的 200 加元左右。

CP-4444

　　说一点国产工具吧。我用的锉刀有几把是美国产的 Nicoleson 的，很好用，价格也贵，单价都在 10 加元以上。最近去了 Princess Auto，看到五把 8 寸长的锉刀一套才 3 加元多一点，便宜啊，看着也挺好的，国产，买下。用了几次，恨不得扔了。
　　螺刀，我买的第一套螺刀是国产的，十多把一套，不到 20 加元。现在都找不到了。用着太累，手疼。最好的螺刀是 Snap-on 的，rachet，国内叫卡拉式的吧？手柄握着非常舒服，前部吸螺刀头的磁铁吸力很强，终生保修保换。一把 100 加元左右。

Snap-on 螺丝刀

　　我有这么一把 Snap-on 的鸭嘴钳，价钱是32.25美元，税另加。这个价格远远超过一般的钳子。您看它有特别之处吗？

　　飞机上、发动机上很多螺栓上到规定力矩后，要用保险丝把螺栓头绑紧，简称打保险。这种钳子用来打保险，非常好用。还有专门打保险的保险钳。
　　另有一个小故事。在工作过程中工具损坏时有发生，那就报废吧。早年间航空公司不知道终生全保之说。有些作工具买卖的业务员就说了，工具坏了，也修不成了，您给我得了……。转身到 Snap-on 换新工具了。
　　业务扩大，购入一批钣金设备，如剪板机、折边机、台钻、滚圆机……，全是原产中国的，便宜。可是大家谁用谁摇头，用过都叹气。有人甚至在那台折边机上写了句：“make honey from dog shit”。
　　这些工具的问题是，质量稳定地用着不顺手。
　　设计者可能就没有用过自己的设计出来的工具。反倒是美帝生产的简单工具，用着顺手，可以看出使用者参与设计的痕迹，贯彻了“从实践中来，到实践中去”的方针。

万磁王

飞机与漆
　　不管是飞机还是汽车，喷漆无非就是两大目的：保护和美观。对飞机来说，更重要的是保护，防治材料直接暴露于有害环境中，发生腐蚀。

正在喷漆作业的波音 747

　　时至今日，铝合金材料还是在飞机上广泛地使用着：蒙皮，隔框，桁条，等等。铝合金部件的保护算是一个大题目。

万磁王

　　首先，所有的蒙皮材料，表面全有一层薄薄的纯铝层，英文叫”clad”，纯铝比铝合金的抗腐蚀性能高得多。理工科同学都知道原电池是怎么回事。
　　在纯铝上直接喷漆，不是不可以，但喷上后过段时间肯定就掉漆，那是为什么呢？小时候买布要布票，用布做窗帘是很奢侈的，很多人家就从厂里弄点漆回家，刷到玻璃上，就当窗帘了。可是好景不长，油漆在玻璃上待不住，经常剥落下来。玻璃表面太光滑了。这是一个道理。
　　纯铝太光滑，漆层粘不住，必须处理一下。
　　首先需要表面处理，可以是电化学处理，也可以是化学处理。用一种类似洗碗布的东西 3M 公司的 Scotch Brite，在弱碱性的溶液洗净铝材表面，暴露出纯铝，（当然没有包铝层的就是露出铝合金了）然后用去离子水冲洗，怎么算洗干净了呢？

这玩艺儿洗浴盆都好使！

　　水断试验：去离子水洒到表面，形成一层均匀的水膜，这就干净了；如果局部水膜不连续，那就是不干净。
　　洗净以后的部件，接着进行处理，生产厂家都是电化学处理，就是铬酸阳极化处理；修理厂家用化学处理方法，阿罗丁处理。阿罗丁是汉高公司的注册商标。Alodine 600、Alodine 1000、Alodine 1200 等等……。特别指出一下，油箱里的部件，要用阿 600，油箱里的底漆也是专门的标准。阿 600 还有一个特殊的用途，就是有些地方，需要导电性良好，不能喷漆，但必须化学处理，这时候必须使用阿 600。处理后铝表面一般成淡金黄色，也有无色的。想想 American Airlines 飞机闪闪发光的金属原色吧！为了防腐，不处理是不可能的，但处理的确是很漂亮！

Alodine 600 处理过的铝合金

American Airlines 经过阳极化处理的波音 767

万磁王

　　处理的目的是在纯铝表面形成一层致密的氧化层。同时为下一步处理打基础。
　　接着就要喷底漆了。底漆是表面处理层和表面漆的过度层。实际上也是最关键的保护层。所有的铝合金结构件都必须有底漆。从历史到今天，底漆的种类也不少，我们还是以波音飞机来说吧，其余类似。最常用的是双组分的环氧树脂底漆：基漆和固化剂。一般是绿色和黄色。整机喷漆一般用静电喷涂设备，小部件用一般的喷枪就可以了。显然，用于这两种设备的漆是不一样的。

底漆一般是绿色和黄色

万磁王

　　最后是表面漆。表面漆兼有保护和装饰作用。波音用的表面漆是聚氨酯漆。这种漆层的良好性能至少表现在以下几个方面：抗化学溶剂：如丙酮、MEK。飞机上使用的液力油是腐蚀性非常强的，但聚氨酯漆不怕。另外就是抗摩擦性能很好。想想飞机在沙尘暴天气里的飞行环境吧……
　　雷达罩，就是飞机最前面的那个圆锥形的罩子。复合材料制成。内外表面各有不超过 4 层的玻璃纤维布，中间是纸蜂窝（Nomex，像纸但不是真正的纸）。其主要作用是整流和保护其下的气象雷达。说气象雷达有点“眼睛”的作用，大家不会反对吧？如果此说成立，那么雷达罩又点像眼镜。

P-3 飞机的雷达罩

　　气象雷达的作用：及时发现航路上的雷雨区。有些气象雷达还有发现风切变的功能。
　　雷达罩的修理不是哪个维修公司都能干的。飞机结构修理手册 SRM 上对雷达罩的损伤位置、范围和修理方法有极其严格的规定，原则上按 SRM 修理就不会错。可遗憾的是，您检查时发现损伤只有一小块儿，但去除损伤时，会越修越大，最后收不了场。怎么会这样呢？因为玻璃纤维层与层之间，玻璃纤维层与蜂窝之间，用树脂粘接的并不特别牢固。雷达罩修理范围如果比较大，势必影响雷达波发射和回收的功率，这是个大问题。本来校正视力 1.2，正常，换副眼镜，得，矫正视力剩 0.7 了。更要命的是开飞机的飞行员还不知道！

正在维修 P-3 雷达罩的美国海军机械师