材料概述

材料概述知识总结：机身是飞机的主要部件，为乘客、货物和其他设备提供装载的空间、隔框、承压隔板、桁条、地板梁、地板与蒙皮之间的剪切带、龙骨梁等等

典型飞机结构

• 飞机结构概述
  • 机体结构组成
    • 机身
    • 机翼
    • 安定面
    • 飞行操纵面
    • 起落架
  • 结构载荷
    • 内力
      • 单位横截面积上的内力叫应力
        • 拉伸
        • 压缩
        • 扭转
        • 剪切
        • 弯曲
    • 外载荷
      • 外力
        • 空气动力、惯性力、地面反作用力、重力等
    • 过载
      • 重心过载
        • 定义
          • 作用在飞机某方向的除重力外的外载荷与飞机重量的比值，称为该方向的飞机重心过载，用n表示
          • ny=Y//G
          • nx=（P-X）/G
          • nz=Z/G
          • 机动飞行或突风，y轴过载较大，改变垂直方向相对气流的方向
        • 大小
          • 可大于1，可小于1，或等于0，甚至是负值
        • 意义
          • 过载表（或称加速度表）
            • 过载数值过大后，应加强对机体结构的检查，并把过载数值记录在飞机履历本上
      • 局部过载
      • 着陆过载
  • 结构分类、站位编号、区域划分
    • 结构分类
      • 依据：结构件承受载荷的类型以及失效后对飞机持续适航性的影响程度划分
      • 基本结构
        • 传递飞行、地面或者增压载荷的结构
        • 分类
          • 重要结构
            • 前登机门的蒙皮、41段机身隔框、43段龙骨梁
          • 一般基本结构
            • 43段地板梁和座椅导轨
      • 次要结构
        • 仅传递局部气动载荷或者自身质量力载荷
          • 翼身整流罩
    • 波音分区和站位识别系统（单位英寸）
      • 机身区域
        • 机身站位线（BSTA）
        • 机身纵剖线（LBBL/RBBL）
        • 机身水线（WL）
      • 机翼区域
        • 机翼参考平面
        • 机翼纵剖线
        • 机翼站位线
      • 短舱、吊架区域
        • 短舱站位
        • 短舱纵剖线
        • 短舱水线
      • 尾翼区域
        • 与机翼类似
    • 空客站位识别系统（单位厘米和毫米）
      • 固定的坐标系
        • 机身坐标在纵轴上有X值，在横轴上有Y值，在立轴上有Z值
    • 区域划分
      • 主区域
        • 100：机身下半部
        • 200：机身上半部
        • 300：尾部（覆盖后机身、水平和垂直安定面）
        • 400：动力装置和短舱
        • 500：左机翼
        • 600：右机翼
        • 700：起落架和起落架舱门
        • 800：舱门
      • 子区域
        • 数字代码中第2个数字识别
          • 小飞机是从1到6
          • 打飞机是从1到9
          • 左奇右偶
      • 分区域
        • 数字代码第3各数字识别
          • 从前往后、从内到外、从上到下
• 飞机结构
  • 机身结构
    • 作用
      • 机身是飞机的主要部件，为乘客、货物和其他设备提供装载的空间
    • 种类
      • 硬壳式机身结构
        • 无纵向加强件，多靠隔框
        • 蒙皮较厚，不易开口
      • 半影壳式机身结构
        • 有纵向加强件，民机多是这种结构
        • 易开口
        • 种类
          • 桁梁式
          • 桁条式
    • 机身主要框架部件
      • 隔框、承压隔板、桁条、地板梁、地板与蒙皮之间的剪切带、龙骨梁
  • 机翼和尾翼结构
    • 机翼
      • 作用
        • 主要功能是产生升力
        • 储存燃油
        • 安装发动机、飞行控制和其它系统
        • 左、中、右大翼连在一起形成机翼主体，将各种载荷传递给机身结构
      • 区域
        • 左大翼
        • 中央翼
          • 将不同载荷分配给机身，存储燃油，还为机身左右翼盒提供连接点
        • 右大翼
      • 受力正过载时，上蒙皮承受压缩载荷，由铝锌合金制成。下蒙皮承受拉伸载荷，由铝铜合金制成
      • 翼肋能够承受扭转、压缩和剪切载荷，也能支撑机翼外形，并可作油箱的壁面
    • 尾段
      • 非增压
      • 组成
        • 垂直安定面
          • 也称为尾鳍
        • 方向舵
          • 偏航控制
        • 水平安定面
          • 保持纵向平衡和进行俯仰控制
          • 某些飞机上还可用作配平油箱
        • 升降舵
          • 内侧升降舵和外侧升降舵分开运动，进行俯仰控制
        • 尾舱
  • 吊架和吊舱
    • 吊架作用·
      • 吊架将发动机负载传送给扭力盒
    • 短舱支柱组件组成
      • 扭矩盒
        • 主要结构
      • 防火墙和防火密封
      • 整流罩
      • 支柱排水管
      • 风扇整流罩支撑梁
        • 翼舱整流罩被连接到吊架上，作用是在发动机短舱和机翼之间形成一个能够降低气动阻力的表面
      • 发动机吊点连接件
  • 开口
    • 窗户
      • 驾驶舱风挡
        • 三层
          • 最外层
            • 热强化玻璃
              • 非常坚硬
          • 中间层与内层
            • 化学强化玻璃
              • 特殊的丙烯酸玻璃，既坚硬又有弹性
          • 最外层与中间层之间有一层加热膜
            • 防冰、除雾
          • 通过聚氨酯特殊塑料粘合
      • 客舱窗户
        • 两层
          • 特殊的亚克力树脂玻璃
            • 承受内外压差
        • 某些飞机三层
          • 外层和中间层承受压差，称为结构层玻璃
          • 内层用来保护结构层玻璃，防止刮擦和撞击
    • 门
      • 按功能分类
        • 主登机门
        • 勤务门
        • 货舱门
        • 应急门
          • 机翼紧急逃生舱口
            • B737NG机身高度低，机翼应急门无滑梯包
          • 头顶应急逃生口
• 材料概述
  • 航空金属、非金属和复合材料
    • 铝合金
      • 牌号
        • 四位数字标识
          • 第一位表示含有的主要合金元素
          • 第二位表示合金的杂质含量，零表示最初的设计型号，1-9表示进行了改变
          • 最后看两位没有特殊意义，仅用于识别不同合金
          • 对于铸造合金，第四位和第三位数字之间用小数点隔开，即表示铸造件或铸锭
          • 2XXX铜，5XXX镁，7XXX锌
      • 种类
        • 1100纯铝
        • 5052铝合金
          • 所有非热处理强化的铝合金中强度最高，疲劳强度比大多数铝合金高
          • 对海洋大气和盐水腐蚀有特别好抵抗力，耐腐蚀性高
        • 2024铝合金
          • 飞机上最常用的高强度铝合金之一
          • 高强度和优良的抗疲劳性，广泛应用于飞机结构件和高强度重量比的部件上
          • 阳极氧化表面处理或包铝层防腐
      • 铝合金热处理
        • 固熔热处理是主要形式
          • 加热
          • 淬火冷却
            • 必须快速执行，否则会导致晶间腐蚀
          • 人工时效或自然时效
        • 2117-T4铝合金
          • 制造铆钉，最广泛的铆钉合金
        • 2024-T3铝合金
          • 广泛用于蒙皮和内部构件
        • 热处理状态代码
          • O：退火
          • T：热处理的稳定状态
          • T3：固溶热处理后进行冷作硬化，再经自然时效至基本稳定状态
          • T4：固溶热处理后自然时效至基本稳定状态
          • T6：固溶热处理后进行人工时效的状态
    • 钢及其合金
      • 简介
        • 铁中加入一定的碳元素后就变成钢
        • 钢的主要合金元素中，碳增加钢的硬度
      • 钢及其合金种类与牌号
        • 合金的成分前两个数字指的是特定的主要合金元素，最后两位数是指碳元素在合金中所占的万分比
        • 例：AISI 4130中，4代表钼钢，1代表主要成分1%的铬，30表示碳含量的万分比0.3%
      • 强度
        • 韧性
          • 材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力
          • 韧性越好，发生脆性断裂的可能性越小
        • 不锈钢
          • 优点
            • 耐腐蚀、强度高、韧性好、耐高温
          • 晶体结构种类分类
            • “奥氏体”钢
              • 200系列
              • 300系列
                • 最广泛使用
                • 也被称为18-8钢，含18%的铬和8%的镍
            • “马氏体”钢
              • 400系列
            • “铁素体”钢
        • 300M合金钢
          • 强度最高
            • 常用于起落架部件
    • 复合材料
      • 概述
        • 两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成
        • 优点
          • 显著减轻重量
          • 高强度重量比
          • 减少零件和紧固件
          • 减少磨损
          • 耐腐蚀
        • 缺点
          • 价格昂贵
          • 不容易维修，需要训练有素的人员、工具、设备和设施来修复
      • 复合材料中的增强材料
        • 玻璃纤维
          • 高抗拉强度，比强度大于钢丝
        • 芳纶纤维
          • 典型：凯夫拉纤维，是一种聚酯化合物，机械强度比碳纤维高，但弹性不如碳纤维，抗撞击性较好
        • 石墨/碳纤维
      • 复合材料中的基体材料
        • 树脂材料分类
          • 热固性
            • 新型基体材料多数是环氧树脂
          • 热塑性
        • 蜂窝夹芯结构
          • 壁较薄，蜂格较大，强度较高
          • 飞机结构中夹芯材料三种主要形式
            • 铝合金
            • 芳纶纤维（主要牌号Nomex）
              • 最常用
            • 玻璃纤维
      • 复合材料修理
        • 热修理
          • 常用加温设备
            • 热补仪
            • 热压罐
  • 材料的基本性能
    • 金属材料物理属性
      • 磁性
        • 金属材料在磁场中受到磁化的性能
        • 磁性与材料的成分和温度有关，温度升高时，有的铁磁材料会消磁
        • 分类
          • 铁磁材料
            • 强烈磁化
              • 铁、钴、镍
          • 顺磁材料
            • 微弱磁化
              • 锰、铬
          • 抗磁性材料
            • 抗拒磁化
              • 铜、锌
      • 其他基本属性（略）
    • 金属材料化学属性
      • 化学属性一般包括抗腐蚀性
        • 化学稳定性越好，越不容易发生腐蚀，对飞机金属结构的影响越小
    • 金属材料加工工艺
      • 冷作硬化
        • 铸造
        • 锻造
          • 金属塑性越好，锻造性越好，越易锻造成型
        • 钣金加工
      • 热加工
        • 热处理
          • 退火、正火、回火、淬火和固溶热处理
        • 焊接
    • 金属材料的力学性能（机械性能）
      • 强度
        • 弹性形变范围内，应变与应力成正比
      • 刚度
      • 塑性
        • 伸长率和断面收缩率越大，材料塑性越好
      • 硬度
        • 硬度越高，金属抵抗局部塑形变形的能力越大，塑性变形越困难
        • 测试硬度方法
          • 布氏硬度
            • 比较准确
          • 洛氏硬度
            • 操作迅速简便，可直读硬度值，压痕小，基本不损伤零件表面
          • 维氏硬度
            • 载荷可任意选择，所加载荷小适用于测量表面很薄的硬化层
      • 韧性
        • 冲击韧性
        • 断裂韧性
      • 疲劳强度
        • 交变应力作用
        • 现象：疲劳断裂时不产生明显的塑性变形，断裂是突然的，具有很大危险性
        • 影响因素
          • 内部因素
            • 材料强度、塑性、组织结构、表面残余应力状态
          • 外部因素
            • 零件的几何因素（键槽、螺纹、尖角）
              • 应力集中是导致疲劳断裂的重要原因之一
            • 应力循环特性、工作环境
• 腐蚀和防腐
  • 腐蚀的基本原理
    • 金属与所处环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的变质和破坏称为金属腐蚀
    • 本质：氧化反应
    • 飞机上金属发生的腐蚀多数是电化学腐蚀
      • 原理：电化学反应中，低点位的阳极金属逐渐溶解并被腐蚀
  • 影响腐蚀因素
    • 发生电化学腐蚀三个必备条件
      • 金属之间存在电位差
      • 电解质溶液
      • 在阳极和阴极之间形成通路
    • 控制腐蚀的蔓延方式
      • 机械打磨去除腐蚀
      • 给表面喷涂保护层
        • 电镀
        • 油漆
    • 铝合金腐蚀产物白灰色粉末状，去除方法
      • 机械打磨
      • 抛光
      • 刷除
  • 腐蚀类型及识别
    • 丝状腐蚀
      • 发生在具有涂层的金属表面，是一种特殊形式的氧浓度差电池腐蚀或缝隙腐蚀，也称为膜下腐蚀
      • 特征：腐蚀产物像蠕虫一样的痕迹
      • 空气相对湿度达到78-90%，表面微酸时会产生丝状体
      • 去除方法
        • 油漆起泡处，腐蚀性产物去除后重新施加保护涂层或密封
        • 紧固件头部有丝状腐蚀，拆除受影响的紧固件，去除腐蚀，然后阿罗丁处理和涂防腐底漆，再重新安装新的紧固件
    • 应力腐蚀
      • 材料在应力集中和特定的腐蚀环境共同作用下发生晶间破裂的现象
      • 应力可能是由内部或者外部载荷造成的
      • 减轻方法
        • 使用保护层
        • 应力消除热处理
        • 抗腐剂
        • 通过控制环境
        • 金属表面喷丸
    • 电化学腐蚀
      • 通常是局部的，整个表面被强电解液覆盖就会有更多腐蚀区域，这种称为直接化学腐蚀
      • 7075铝合金是最易发生电化学腐蚀的铝合金
    • 点腐蚀
      • 铝和镁合金材料最常见
      • 类似于麻点，首先表现为白色粉末沉积物，表面开始，垂直渗透
      • 可能是晶间腐蚀的开端
    • 晶间腐蚀
      • 原因
        • 划痕或其他损伤，电镀层受损的区域会发生
        • 错误的如处理程序（如淬火不及时）
    • 剥落腐蚀
      • 晶间腐蚀的高级形式
      • 腐蚀速率会因不同电位的金属（如钢紧固件）和腐蚀性的电解液的存在而加速
    • 微生物腐蚀
      • 原因
        • 燃油箱中会发现一些通常存在的微生物（细菌、真菌或酵母）
      • 减轻方法
        • 加油前燃油过滤和脱水
        • 燃油系统定期检测
        • 蒸汽清洗污染的燃油箱（5000FH）
    • 缝隙腐蚀
      • 原因
        • 裂缝存在高浓度的腐蚀性物质
      • 防腐
        • 对金属材料完全密封和使用合适的紧固件
    • 电偶腐蚀
      • 原因
        • 两种不同金属接触，并在电解液中发生电流反应
      • 表现
        • 电位差越大，腐蚀越活跃
        • 阳极表面积小于阴极时，腐蚀加快；反之缓慢发生
    • 磨损腐蚀
      • 两个承受重载的表面，其中至少一个是金属材料，发生接触相互摩擦的结果是直接原因
  • 航空器常见腐蚀去除
    • 常见合金腐蚀产物颜色特征
      • 铝合金和镁合金
        • 初期灰白斑点，发展后灰白粉末，刮去后麻坑
      • 合金钢及碳钢
        • 初期发暗，进一步褐色或棕红色
      • 铜合金
        • 棕红、绿、黑色
    • 检测方法（略）
    • 腐蚀去除
      • 彻底清洁表面
      • 清除油漆保护层
      • 清除腐蚀产物
        • 机械法
          • 中度或严重腐蚀
            • 镁合金
              • 只能用非金属硬毛刷（猪鬃毛）或尼龙擦布
            • 铝合金
              • 不能使用钢丝棉或钢丝刷
            • 钢及其合金
              • 没有电镀层
                • 细砂、铝氧化物进行喷砂
              • 高强度合金钢
                • 对应力非常敏感，使用细油石、细研磨砂纸打磨
        • 化学法
          • 轻度腐蚀
      • 清洁剂清洗，5%铬酸溶液中和处理
        • 注：清除钢索腐蚀产物时，为避免降低钢索强度，不应使用酸性清洁剂和碱性清洁剂进行清洁处理
  • 航空器常见防腐措施
    • 日常防腐
    • 表面防腐工艺
      • 腐蚀的直接原因是构件没有适当的保护层或保护层受到损伤
      • 方式
        • 表面包铝层
        • 表面氧化膜
          • 表面阳极化处理（电解法）
          • 化学处理法
            • 阿罗丁法
              • 铝合金构件上形成氧化膜
              • 涂敷后保持湿润至特定颜色
              • 风干表面（1-3小时），120℉下干燥最适宜，不要超过130℉
        • 油漆保护层
          • 第一道防线
          • 分为
            • 底漆
              • 铬酸锌底漆（黄绿色/暗绿色）
            • 面漆
              • 清漆
              • 瓷漆
                • 腐蚀严重区域使用
        • 电镀
          • 提高金属耐磨性、抗腐蚀性及增进美观
          • 镀镉或镀锌
        • 金属喷涂
          • 发动机上一些钢件常采用形成保护层
        • 喷涂防腐剂（CIC）
          • 阻止腐蚀进一步蔓延
          • BMS是波音公司制定的材料标准
            • BMS3-26 重型防腐剂
• 称重与平衡
  • 基本知识
    • 原因：保证飞行安全，保证飞行效率
    • 法规要求
      • 营运者保证实施飞行期间正确装载且不超过核准的重量与平衡的限制，并定期计算他们的重心，通常每3年计算一次
    • 术语
      • 基准面
        • 基准平面与飞机纵轴相垂直
        • 选取无固定规则，飞机使用期间不会改变的位置
        • 取决于制造商，飞机型号证书数据表中明确标识出
      • 力臂
        • 从基准面到所需测量的设备的水平距离
        • 正号表示处于基准面的后面，负号表示处于基准面的前面
        • 在基准面任何一边加上去的重量都算正的重量，拆除的任何重量都算做负的重量
      • 力矩
        • 重量乘以力臂的乘积
        • 力矩的符号需综合考虑重量及力臂的符号，即重量相对于基准面的位置以及重量是增加还是减少
          • 在基准面之后增加重量和在基准面之前减少重量，力矩的符号为正
          • 在基准面之前增加重量和在基准面之后减去重量，力矩的符号为负
      • 重心
        • 该点的低头力矩和抬头力矩在量值上正好相等
      • 最大重量
      • 空重
        • 定义：飞机本身，并且包括飞机上实际安装的所有固定设备的重量。它包括机身、动力装置、必需的设备：选用或专用的设备、固定压舱物、液压油、滑油及剩余燃油（指在燃油导管和油箱内放不掉的液体）的重量。
      • 空重重心
        • 飞机称重主要原因就是确定空重重心
      • 实用载重
        • 最大允许重量减去空重的值
        • 飞机的有效载荷与实用载重相似，前者不包括燃油
      • 最小燃油量
        • 通常满足飞机在巡航状态下飞行30分钟所需的燃油量
      • 毛重
        • 在飞机称重时那些辅助设备的重量
  • 称重方法和平衡控制
    • 称重前准备
      • 使飞机处于水平姿态
      • 清洗飞机
      • 检查飞机设备清单以确保所有需要的设备确实安装好，拆下不包括在飞机设备清单内的所有项目
      • 对燃油系统放油直到油量指示为零，即排空（排不出的残余燃油为空重的一部分）
      • 装满液压油箱及滑油箱（液压油和滑油属于空重一部分）
      • 饮用和洗涤水箱以及厕所便桶应排空
      • 扰流板、前缘缝翼、襟翼和直升机旋翼系统置于规定位置
      • 空重中的设施应安装在正确位置，所有检查盖板、滑油和燃油箱盖、舱门、应急出口及其他曾经拆掉的部件放回原处并安装好，所有舱门和滑动座舱盖在正常飞行位
    • 称重设备的准备
      • 在密闭的建筑物内称重，无空气流动以引起磅秤读数误差，如果风小且大气湿度很小，也可在户外
      • 台秤用于小飞机，电子秤用于大飞机
      • 称重时刹车必须松开，减少磅秤上的侧面载荷引起读数不正确
    • 称重测量
    • 平衡计算
      • 空机重心=总力矩/总重量
    • 重量与平衡的极端情况
      • 当空机重心落在规定范围边缘或之外时，或不按飞机型号合格证书规定的装载方案装载时，需进行验算
    • 压舱物的使用
      • 重心不在限制范围内或不在操作员希望的位置时采用压舱物以达到所需的重心平衡
      • 通常位于尽可能远的后部或前部，以使重心在一定范围内，同时重量最小
      • 种类
        • 永久压舱物
          • 通常为用螺栓固定的铅棒或铅板，漆成红色，张贴：永久压舱物-不可拆卸
        • 临时压舱物
          • 标识：压舱物，重量XX千克或XX磅
• 无损检测
  • 渗透检测
    • 用于检测由任何非多孔材料制成的零件表面的缺陷
    • 缺点
      • 工件表面有开口区域
    • 显影剂将渗透剂吸附表面
      • 黑光灯（紫外线探伤灯）
  • 涡流检测
    • 电磁感应
    • 常用于涡轮轴和叶片、机翼外蒙皮、机轮、螺栓孔、火花塞孔的裂纹或过热探伤
    • 指示：探测线圈的电流变大小变化
    • 涡流是交变电流，具有集肤效应，能反映表面或近表面处情况，无需去除表面涂层
  • 超声波检测
    • 脉冲反射法
    • 透射传输法
      • 较脉冲反射法，对小缺陷的灵敏度低
    • 共振法
      • 共振测厚
      • 油箱、油管、飞机机翼外蒙皮和其他结构的腐蚀或磨损区域的定位评估
  • 射线检测
    • 高穿透性放射线（X、Y射线），空孔对射线的吸收量小于实心金属，底片曝光较多，显像后较暗
    • 使用观片灯必须能看见黑度4.0以上，且应底片外缘或穿透底片的光线不致干扰读片结果。底片黑度2.0到3.0之间最合适
    • 显示
      • 错误显示
      • 无关显示
      • 有效显示
    • 黑度计
      • 指针型黑度计
      • 数字型黑度计
    • 铅柜
  • 磁粉检测
    • 只适用于铁磁性材料的表面与近表面缺陷
    • 磁化方法
      • 按磁场特性
        • 周向磁化法
          • 直接磁化法
          • 间接磁化法
        • 纵向磁化法
      • 按施加磁性介质时是否有磁力存在
        • 连续法
        • 剩磁法
          • 施加磁化电流上磁
          • 停止磁化电流
          • 施加磁性介质
    • 磁粉
      • 种类
        • 按磁痕观察
          • 荧光磁粉
            • 黑光灯照射下，波长500-510nm的蓝绿色荧光
          • 非荧光磁粉
        • 按施加方式
          • 湿法用磁粉
            • 磁粉悬浮在油或水载液
          • 干法用磁粉
            • 磁粉在空气中吹成雾状
    • 载液
      • 油基载液、水载液
        • 磁粉检测
      • 乙醇载液
        • 磁粉探伤-橡胶铸型法
    • 磁悬液
      • 浓度太低影响漏磁场对磁粉的吸附量，磁痕不清晰致漏检
      • 浓度太高会在工件表面滞留很多磁粉，形成过度背景，甚至掩盖相关显示
      • 对细牙螺纹根部缺陷的检验，应采用荧光磁粉，磁悬液配置浓度推荐用0.5g/L
    • 退磁
      • 要素
        • 磁极交迭
          • 磁化电流采用交流电
          • 交替改变直流电方向
          • 转变磁场中试件方向
        • 磁场强度递减
          • 试件渐离磁场或磁场渐离试件
          • 电源控制电流衰减或分段布降
      • 方法
        • 交流电退磁法
        • 直流电退磁法
          • 优点
            • 磁场穿透深度较深
          • 缺点
            • 需将通电方向不断改变，同时将电流递减，控制较麻烦
  • 发动机孔探
    • 内窥镜
      • 刚性类型的望远镜
      • 柔性光纤