Cessna172飞机14000h深度大修结构故障分析
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作者:蒋杨
摘 要：Cessna172飞机被誉为美国塞斯纳公司的经典之作，以其飞行性能优越、操作方便、安全性高、维护成本低等一系列优点，成为通用航空航校初级教练机的首选，广泛用于民航飞行员的培训。我飞行学院拥有世界最大的Cessna172机队，现172飞机159架（含新订购Cessna172S飞机60架）。学院飞机利用率高、训练量大、飞行小时数率先突破10000h、14000h。本文将飞机14000h深度大修的结构故障梳理介绍，为执机单位快速进行结构损伤判定，制定维修方案提供了数据参考，对缩短结构修理周期、保障飞行安全至关重要。
关键词：机身 机翼 结构损伤
中图分类号：V267 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）06（b）-0020-02
自2013年开始到目前，某飞机修理厂已完成全学院90余架老龄化Cessna172飞机10000h结构大修。并于2018年一月开始对Cessna172飞机进行14000h深度大修，积累了丰富的排故经验，现将大修出现的结构损伤情况，总结出典型故障，将原因分析和修理方案介绍如下。
1 常见典型结构故障
1.1 机身类故障
1.1.1 防火墙类故障
防火墙主要是与前起落架减震支柱连接处蒙皮变形和防火墙裂纹，这两类故障！前者是因为飞机在重着陆过程中，前起落架与地面间产生高于正常情况下数十倍的冲击载荷，由于着陆速度过大，飞机起落架支柱被压缩但远远不能够吸收消耗掉飞机的动能！所以飞机的前起落架上、下安装座直接将力传递给了防火墙下部组件，导致防火墙褶皱变形，出现此故障更换结构件[1]。
后者防火墙裂纹，是因为防火墙蒙皮较薄，且承受发动机安装力、发动机振动冲击，长期往复，与发动机减振座支架相连蒙皮易发生裂纹，需重点关注。尤其是防火墙11点方向，此处蒙皮出现裂纹，需将驾驶舱仪表板拆开，用实心钢铆钉进行铆接。
1.1.2 刹车腹板类故障
腹板类故障分前起落架安装框架腹板裂纹和左侧腹板裂纹。学员长期重复性踩刹车，过大的载荷作用在作动筒安装支架接耳上，当这种循环载荷大于腹板所承受的最大疲劳应力，将会在腹板铆钉孔周围产生裂纹。如遇到飞机重着陆，腹板承受的载荷瞬时间增大，也可能产生裂纹。遇此故障，先在裂纹两端打止裂孔（使用0.128inch钻头），再用0.063inch厚的2024-T3铝板制作补片，从安装框架腹板裂纹处进行衬补修理。
学院Cessna172机队在10000h定检时全部完成了刹车腹板加强改装，此后腹板裂纹情况明显降低。随后的14000h定检中只有30%的飞机出现左侧腹板前端R角处裂纹，遇此故障，更换左侧腹板。
1.1.3 门窗类故障
门窗类故障分为三类：一类是舷窗铰链间隙大;一类是门锁机构弹簧金属疲劳;一类是舱门变形。舷窗铰链间隙大是因为重复性的开合舷窗，长期的推拉力导致铆钉孔增大，铰链与窗框间隙增大。排故措施：拆下铆钉，更换铰链。座舱门频繁的开关，导致门锁弹簧反复拉升，弹簧承受高强度的交变载荷，容易产生疲劳现象。而飞机的使用环境恶劣，长期会使弹簧产生腐蚀，在腐蚀和疲劳的双重作用下，弹簧断裂。排故措施：钻掉固定门锁的铆钉，取下门锁，换上新弹簧。润滑后，重新铆接和安装连接销。
在门锁附近座舱门与门框不贴合，有变形鼓包，严重时舱门难以关闭。这是因为，舱门铰链在长期使用过程中，产生磨损，固定铰链的螺钉松动，座舱门开关时就不是最佳的位置，舱门下坠，门与门框相撞击，逐渐变形。排故措施：对舱门整形、衬补加强;锁舌进行打磨。
1.1.4 行李舱故障
行李舱故障分为两类：108隔框裂纹、电子设备舱支架裂纹。频繁的起降训练会使飞机结构受到较大的应力作用，裂纹出现在机身行李舱向机尾延伸处，属于高应力区域。起飞、降落训练过程是对飞机结构施加循环应力的过程。在交变应力作用下，经过一定应力循环次数后，最初的微小裂纹会逐渐扩展。排故措施：裂纹处打止裂孔，进行衬补加强。
1.1.5 方向舵故障
飞机跳跃着陆、重着陆导致机身尾部下蒙皮破损，方向舵下部整流罩凹坑，方向舵下部蒙皮褶皱，方向舵下部支座安装孔磨损严重呈椭圆状。方向舵下蒙皮褶皱是因为学员做螺旋改出特技训练时方向舵局部受力过大，蒙皮失稳变形。
修理方案：机尾擦地，用2024-T3铝合金进行补强修理，更换方向舵下部整流罩。方向舵下部蒙皮褶皱裂纹，先对褶皱区域蒙皮整形，用0.02inch厚的2024-T3铝合金制作加强片，内衬加强修理。更换磨损严重的支座，完成后修理后，按照手册规定，进行方向舵静平衡。
1.1.6 风挡玻璃破损、银纹
银纹现象是有机玻璃在溶剂、紫外线、机械力和内应力等作用下引起的极细微裂纹状缺陷，银纹是由定向排列的分子链构成，在光线照射下呈现银白色光泽[3]。通过观察故障玻璃，我们发现银纹的几个特征：银纹密集而细小，呈鱼鳞状;故障玻璃的四周约10～15mm没有银纹。
飞机运行过程环境恶劣，不可避免的接触水、清洗剂等有机溶剂，这些溶剂极大的减弱了风挡玻璃的抗银纹性，加上长期高温的暴晒导致有机玻璃分子链断裂，老化加剧。因此，为防止飞机在飞行过程中风挡玻璃破裂、脱落，检查时发现大面积银纹，立即更换挡风玻璃。
1.2 机翼类故障
1.2.1 蒙皮故障
鸟击或外物撞击机翼导致前缘蒙皮凹陷、翼肋扭曲变形，事故严重会使机翼前梁变形。排故措施：使用敲击工具整形变形蒙皮，整形无效则切割撞击受损的蒙皮和更换翼肋。
机翼后缘蒙皮铆钉松动、裂纹。频繁的起降训练，增大了襟翼收放的次数，Cessna172飞机通过改变襟翼电动机的电流方向实现电动机的正、反转，进而实现襟翼的收上、放下。收放的振动伴随着气流的反复冲击，机翼蒙皮铆钉处易出现松动、蒙皮裂纹。排故方案：对松动的铆钉，重新铆接;对裂纹蒙皮，根据结构修理手册等强度修理原则，切割损伤蒙皮、内衬补片加强。
1.2.2 导轨和翼肋故障
襟翼导轨磨损超标、导轨支架裂纹、耳片裂纹、机翼翼根翼肋裂纹。襟翼放出，提供附加升力，此时襟翼受力较大并且产生一定程度的振动，在振动过程中，襟翼支架滚轮与滑轨之间会有展向的相对位移，从而造成滑轨磨损。导轨裂纹支架在更换中，要开机翼油箱，铆接时涂胶湿铆。
2 结语
根据我厂对Cessna172飞机14000h深度大修的排故经验，本文将典型结构故障梳理介绍，这里面既有10000h定检已经发现的重复性故障，又有新裂纹、新故障、新变化。为执机单位快速进行损伤判定，制定维修方案提供了数据基础，对控制结构修理周期、提高飞机利用率、保障飞行安全至关重要。
参考文献
[1] Cessna Aircraft Company.Cessna172R/172SMaintenanceManual[S].Cessna Aircraft Company ，R22.
[2] 阎成鸿.CESSNA172R型飞机机型培训教程[M].北京：航空工业出版社，2008.
[3] 郝劲松.活塞发动机飞机结構与系统[M].北京：兵器工业出版社，2007.
作者简介：蒋杨（1991，4—），男，汉族，四川成都人，本科，助理工程师，研究方向：航空器维修与适航。
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