波音在螺栓上犯过的一次错误及案例分析
发布日期:2024-08-29让我们将时间调回到2008年,波音在宣布787梦想客机推迟交付后透露,正在组装的前十架787客机上,每架至少有8000件紧固件因为安装问题,而必须进行更换,这些紧固件绝大多数都是螺栓螺母的连接。波音787在关键部位使用的螺栓是我们常说的长寿命螺栓,大致为4种,其分布如图1所示:
图1 四种长寿命螺栓在波音787上的使用情况
出现问题的紧固件是应用在机身内部,用于将钛合金结构固定在碳纤维复合材料上。在对已经完工的一架787客机进行加压测试时,发现机身内数千个紧固件的头部区域存在微小的、不可接受的间隙。
事情的经过是一次偶然(波音的质量管理值得尊重,否则没有偶然)的发现,有兴趣了解细节情况的童鞋,请参见下面《西雅图时报》的报道:
“Boeing discovered the fastener problem last month, in the midst of the strike. A pressurization test on one of the completed Dreamliners revealed a small gap under the heads of thousands of fasteners inside the fuselage.
The problem arose only on structures installed inside the fuselage shell — such as the floor grid — where titanium was fastened to the composite.
It isn’t a safety threat, says Boeing, but it potentially could reduce the airframe’s durability. Boeing and its partners must fix it on all the planes now in Everett and on all the partially completed sections at supplier plants worldwide.”
经过波音的初步排查和分析,这些问题只是出现在机身外壳的内部结构上,例如地板格栅。首先这不会是安全威胁,但是因为缝隙的存在,会降低机身的耐用性,因此决定对出现问题的紧固件进行全部替换。
据知情人士透露,整个计划中每架飞机或安装座垫片需要更换的紧固件将近2500到5000个。波音公司公开表示,估计近3% 的已安装的紧固件到需要进行拆除并重新重装。
波音公司强调说:“问题在于紧固件的安装,而不是紧固件本身。”(这是对此问题最具凝练的一句总结...)
负责该项目的资深工程机械人员正全力以赴尽快解决波音飞机紧固件安装及其配套的结构设备存在的问题。该项目的难点在于:如何在拆除紧固件并对其重新安装的同时,又要避免对复合材料可能造成的损害。一位资深工程师表示:“所涉及的风险是一些紧固件钻孔必须要加大。这在生产维修过程中是一种常见的做法。”
“紧固结构的设计着眼于未来的可再使用性,主要用于使用中的维修。” (这是波音对紧固件在未来的主攻方向!!!)
问题源于被用于吸附钛和碳纤维的钻孔。当孔被钻入钛,毛刺通常会留在孔的左边缘。由于钛金属的强度极高,当一个紧固件被安装在孔内,头部会停留在毛刺上而不会与表面紧密结合(不会被马上压溃),参见图2:
图2 这种螺栓孔外的毛刺所带来的装配间隙
随着紧固件的头部停留在毛刺上,载荷将分布在一个点上而不是均衡的分布在表面。这会带来:
1)毛刺带来的扭矩系数变化会引起螺栓轴力不达标;
2)毛刺会在螺栓安装后的一段时间内逐渐被压缩,发生螺栓轴力继续下降的风险;
3)在最坏的情况下,毛刺可能会导致不对称高剪切负荷和弯矩。
更深刻的原因来源于波音公司对于787机型中所采用紧固件的控制能力(设计、质量、采购),(需要原文的可以向我要)在降低,图3一眼就能看出:
图3 波音787机型对于螺栓的控制最低