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摘 要：短边距是民用飞机制造过程中出现的一种典型的装配偏离。该文以某型号民用飞机垂直安定面肋和蒙皮装配过程中出现的短边距偏离为例，对其结构形式进行了分析，并从静强度、疲劳强度和损伤容限3个方面对其进行了强度分析，并根据强度分析结果判断其对客户影响。该案例完整描述了短边距偏离的工程分析过程，能够协助工程人员快速、准确的处理该类问题，并满足民用飞机的安全性和适航性要求。
关键词：短边距 损伤容限 客户影响
中图分类号：V217 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0021-04
Abstract：Short edge distance is a typical assembly rejection during civil aviation production. In this thesis we take a short edge distance of a rib and skin in vertical stabilizer for example and evaluate the structure， static strength， fatigue strength， damage tolerance and customer influence of this example. The engineering evaluating of this short edge distance can assist engineers to solve the rejections rapidly and accurately and make sure the airworthiness.
Key Words：Short edge distance； Damage tolerance； Customer influence
在飛机结构设计中，考虑到人力、物力及时间等成本，零件及其装配的尺寸公差要在合理的范围内。飞机机体是通过逐级装配而成的，首先由零件、元件装配成小组件，其次是由小组件装配成大组件，然后由大组件装配成部件，最后是将部件组装成整机机体。在公差精度不能无限制地提高和制造过程复杂等现实条件下，尽管工程、工装、制造均已排除各自的问题，仍有可能由于正常的尺寸公差积累而产生装配不协调的现象，短边距就是其中一种典型的装配偏离。
紧固件孔边距通常指紧固件孔中心至零件边缘的距离。一般对于金属材料，当边距小于两倍孔径（D，两倍孔径即为2D）或小于设计图纸上所要求的边距就称为短边距。本文将阐述一个某型号民用飞机短边距案例的工程处置方法及强度分析过程。
1 偏离描述
某型号飞机垂直安定面的肋与蒙皮连接处存在13个紧固件短边距。紧固件为4.8 mm（D），肋上最小边距为1.68D，蒙皮最小边距为1.16D。
此处短边距主要影响结构强度及检修特性，以下分别评估这些影响。
2 静强度评估
短边距可能会引起本体结构的剪切破坏或拉伸破坏，原理分别见图1、图2[1]。当本体的剪切破坏及拉伸破坏大于静载荷下紧固件传递的最大载荷时，认为在最大静载荷下，本体不会发生破坏，这样本体短边距对结构的静强度是可以接受的。
肋材料为7050-T7451，厚度t=7.5 mm，该材料拉伸屈服应力[σty]=441.28 MPa，剪切极限应力[σsu]=289.6 MPa。蒙皮材料为7475-T761，厚度t=4.4 mm，该材料拉伸屈服应力[σty]=461.95 MPa，剪切极限应力[σsu]=275.79 MPa。
在所有静载荷下，短边距处紧固件传递的最大载荷为P=4393.18 N。
肋在静载荷下的最大轴向工作工作应力为σt=207.7 MPa，在1.68D的边距下，加强肋的拉伸破坏载荷为：
19 679.58 N
肋的剪切破坏载荷为：
13 409.3 N
静载荷下，蒙皮的最大边路应力是σt=45.38 MPa，在1.16D的边距下，蒙皮的拉伸破坏载荷为：
11 516.53 N
肋的剪切破坏载荷为：
8 976.13 N
由于肋及蒙皮的破坏载荷均大于紧固件传递的最大载荷，所以该短边距不会造成静强度失效。
3 疲劳强度评估
使用DFR法评估该短边距连接结构的疲劳裕度。首先确定加强肋的地空地循环正应力σi及蒙皮胶接组件的地空地循环剪应力τi，如果应力σmax>τmax，则以σi为地空地循环工作应力，反之则以τi为地空地循环工作应力；然后根据结构形式及材料属性确定结构的DFR值；最后根据文献[2]的流程计算连接结构的疲劳裕度，见图3。
地空地循环中，加强肋的最大工作应力为σg=36.17 MPa，蒙皮胶接组件的最大剪应力为τ=8 MPa，所以在该连接结构中取加强肋的地空地循环应力为工作应力。
按照图3流程计算该结构的疲劳裕度，得到该短边距连接结构的疲劳裕度为0.07，疲劳裕度仍大于0。因此，整个服役周期内，在没有初始缺陷的情况下，该连接结构不会发生疲劳破坏。
4 损伤容限评估
裂纹扩展分析、剩余强度分析以及结构检查大纲是损伤容限评定的三要素，损伤容限评估流程见图4[3]。
计算模型中板宽W=89 mm，t=6.09 mm，孔直径D=4.76 mm，孔边距B=8 mm，裂纹扩展分为两个阶段：第一阶段是孔边扩展至缘条边缘，如图5所示，第二阶段孔边裂纹扩展至缘条破坏，如图6所示。
NASGRO软件进行分析肋的裂纹扩展过程，第一阶段飞行次数为35 692次，第二阶段飞行次数为15 933次。 因此，裂纹扩展寿命为51 625次，根据结构的实际情况，分散系数K=2，所以检查门槛值=51 625/2=25 812.5，取检查门槛值为25 000。
对于肋缘条内侧采取高频涡流检测，最小可检裂纹长度为1.59+（0.3016×25.4-4.76）/2=3.04 mm，到最小可检裂纹的飞行次数为25 997。重复检查间隔：（51625-25997）/3=8 542。取检查间隔为8 500飞行次数。
对于肋缘条外侧采取低频涡流检测，最小可检裂纹长度为裂纹扩展至缘条边缘，到边缘的飞行次数为35 692。重复检查间隔：（51 625-35 692）/3=5 311，取检查间隔为5 300飞行次数。
该连接结构没有短边距时，肋与蒙皮连接的缘条钉孔检查门槛值为30 000，检查间隔为5 300，检查方法为低频涡流。短边距后检查门槛值变为25 000，其余不变。
5 客户影响评估
对于交付客户的民用飞机，当制造偏离会导致下列附加限制情况时，应标识为客户影响项目，同时在飞机交付前应取得客户的认可：
（1）对相应的规章或型号合格证所规定的条件有影响。
（2）影响外观。
（3）影响零件的可互换性。
（4）影响结构寿命。
（5）限寿项目的寿命有降低。
（6）较大地降低了将来的返修能力。
（7）附加的或特殊的维护要求（如检查，设备或计划）。
（8）需要特殊备件。
该文中所述的短边距制造偏离，经评估，检查门槛值由30 000降低至25 000，降低了检查门槛值，属于特殊的维护要求，故应在飞机交付时告知客户。
6 结语
短边距是民用飞机制造過程中出现的一种典型的装配偏离。该文以某型号民用飞机垂直安定面肋和蒙皮装配过程中出现的短边距偏离为例，对其结构形式进行了分析，并从静强度、疲劳强度和损伤容限三个方面对其进行了强度分析，分析结果为：该偏离对机体结构的静强度和疲劳强度性能影响可接受，检查门槛值由30 000降低至25 000，检查间隔和检查方法不变。根据强度分析结果判断该偏离增加了特殊的维护要求，对客户产生影响。该案例完整描述了短边距偏离的工程分析过程，能够协助工程人员快速、准确地处理该类问题，并满足民用飞机的安全性和适航性要求。
参考文献
[1] 中国航空工业总公司第640研究所.麦道飞机联络工程手册[M].北京：航空工业出版社，1997.
[2] 《民机结构耐久性与损伤容限设计手册》编委会.民机结构耐久性与损伤容限设计手册（上册）[M].北京：航空工业出版社，2003.
[3] 《民机结构耐久性与损伤容限设计手册》编委会.民机结构耐久性与损伤容限设计手册（下册）[M].北京：航空工业出版社，2003.
关键词：短边距 损伤容限 客户影响
中图分类号：V217 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0021-04
Abstract：Short edge distance is a typical assembly rejection during civil aviation production. In this thesis we take a short edge distance of a rib and skin in vertical stabilizer for example and evaluate the structure， static strength， fatigue strength， damage tolerance and customer influence of this example. The engineering evaluating of this short edge distance can assist engineers to solve the rejections rapidly and accurately and make sure the airworthiness.
Key Words：Short edge distance； Damage tolerance； Customer influence
在飛机结构设计中，考虑到人力、物力及时间等成本，零件及其装配的尺寸公差要在合理的范围内。飞机机体是通过逐级装配而成的，首先由零件、元件装配成小组件，其次是由小组件装配成大组件，然后由大组件装配成部件，最后是将部件组装成整机机体。在公差精度不能无限制地提高和制造过程复杂等现实条件下，尽管工程、工装、制造均已排除各自的问题，仍有可能由于正常的尺寸公差积累而产生装配不协调的现象，短边距就是其中一种典型的装配偏离。
紧固件孔边距通常指紧固件孔中心至零件边缘的距离。一般对于金属材料，当边距小于两倍孔径（D，两倍孔径即为2D）或小于设计图纸上所要求的边距就称为短边距。本文将阐述一个某型号民用飞机短边距案例的工程处置方法及强度分析过程。
1 偏离描述
某型号飞机垂直安定面的肋与蒙皮连接处存在13个紧固件短边距。紧固件为4.8 mm（D），肋上最小边距为1.68D，蒙皮最小边距为1.16D。
此处短边距主要影响结构强度及检修特性，以下分别评估这些影响。
2 静强度评估
短边距可能会引起本体结构的剪切破坏或拉伸破坏，原理分别见图1、图2[1]。当本体的剪切破坏及拉伸破坏大于静载荷下紧固件传递的最大载荷时，认为在最大静载荷下，本体不会发生破坏，这样本体短边距对结构的静强度是可以接受的。
肋材料为7050-T7451，厚度t=7.5 mm，该材料拉伸屈服应力[σty]=441.28 MPa，剪切极限应力[σsu]=289.6 MPa。蒙皮材料为7475-T761，厚度t=4.4 mm，该材料拉伸屈服应力[σty]=461.95 MPa，剪切极限应力[σsu]=275.79 MPa。
在所有静载荷下，短边距处紧固件传递的最大载荷为P=4393.18 N。
肋在静载荷下的最大轴向工作工作应力为σt=207.7 MPa，在1.68D的边距下，加强肋的拉伸破坏载荷为：
19 679.58 N
肋的剪切破坏载荷为：
13 409.3 N
静载荷下，蒙皮的最大边路应力是σt=45.38 MPa，在1.16D的边距下，蒙皮的拉伸破坏载荷为：
11 516.53 N
肋的剪切破坏载荷为：
8 976.13 N
由于肋及蒙皮的破坏载荷均大于紧固件传递的最大载荷，所以该短边距不会造成静强度失效。
3 疲劳强度评估
使用DFR法评估该短边距连接结构的疲劳裕度。首先确定加强肋的地空地循环正应力σi及蒙皮胶接组件的地空地循环剪应力τi，如果应力σmax>τmax，则以σi为地空地循环工作应力，反之则以τi为地空地循环工作应力；然后根据结构形式及材料属性确定结构的DFR值；最后根据文献[2]的流程计算连接结构的疲劳裕度，见图3。
地空地循环中，加强肋的最大工作应力为σg=36.17 MPa，蒙皮胶接组件的最大剪应力为τ=8 MPa，所以在该连接结构中取加强肋的地空地循环应力为工作应力。
按照图3流程计算该结构的疲劳裕度，得到该短边距连接结构的疲劳裕度为0.07，疲劳裕度仍大于0。因此，整个服役周期内，在没有初始缺陷的情况下，该连接结构不会发生疲劳破坏。
4 损伤容限评估
裂纹扩展分析、剩余强度分析以及结构检查大纲是损伤容限评定的三要素，损伤容限评估流程见图4[3]。
计算模型中板宽W=89 mm，t=6.09 mm，孔直径D=4.76 mm，孔边距B=8 mm，裂纹扩展分为两个阶段：第一阶段是孔边扩展至缘条边缘，如图5所示，第二阶段孔边裂纹扩展至缘条破坏，如图6所示。
NASGRO软件进行分析肋的裂纹扩展过程，第一阶段飞行次数为35 692次，第二阶段飞行次数为15 933次。 因此，裂纹扩展寿命为51 625次，根据结构的实际情况，分散系数K=2，所以检查门槛值=51 625/2=25 812.5，取检查门槛值为25 000。
对于肋缘条内侧采取高频涡流检测，最小可检裂纹长度为1.59+（0.3016×25.4-4.76）/2=3.04 mm，到最小可检裂纹的飞行次数为25 997。重复检查间隔：（51625-25997）/3=8 542。取检查间隔为8 500飞行次数。
对于肋缘条外侧采取低频涡流检测，最小可检裂纹长度为裂纹扩展至缘条边缘，到边缘的飞行次数为35 692。重复检查间隔：（51 625-35 692）/3=5 311，取检查间隔为5 300飞行次数。
该连接结构没有短边距时，肋与蒙皮连接的缘条钉孔检查门槛值为30 000，检查间隔为5 300，检查方法为低频涡流。短边距后检查门槛值变为25 000，其余不变。
5 客户影响评估
对于交付客户的民用飞机，当制造偏离会导致下列附加限制情况时，应标识为客户影响项目，同时在飞机交付前应取得客户的认可：
（1）对相应的规章或型号合格证所规定的条件有影响。
（2）影响外观。
（3）影响零件的可互换性。
（4）影响结构寿命。
（5）限寿项目的寿命有降低。
（6）较大地降低了将来的返修能力。
（7）附加的或特殊的维护要求（如检查，设备或计划）。
（8）需要特殊备件。
该文中所述的短边距制造偏离，经评估，检查门槛值由30 000降低至25 000，降低了检查门槛值，属于特殊的维护要求，故应在飞机交付时告知客户。
6 结语
短边距是民用飞机制造過程中出现的一种典型的装配偏离。该文以某型号民用飞机垂直安定面肋和蒙皮装配过程中出现的短边距偏离为例，对其结构形式进行了分析，并从静强度、疲劳强度和损伤容限三个方面对其进行了强度分析，分析结果为：该偏离对机体结构的静强度和疲劳强度性能影响可接受，检查门槛值由30 000降低至25 000，检查间隔和检查方法不变。根据强度分析结果判断该偏离增加了特殊的维护要求，对客户产生影响。该案例完整描述了短边距偏离的工程分析过程，能够协助工程人员快速、准确地处理该类问题，并满足民用飞机的安全性和适航性要求。
参考文献
[1] 中国航空工业总公司第640研究所.麦道飞机联络工程手册[M].北京：航空工业出版社，1997.
[2] 《民机结构耐久性与损伤容限设计手册》编委会.民机结构耐久性与损伤容限设计手册（上册）[M].北京：航空工业出版社，2003.
[3] 《民机结构耐久性与损伤容限设计手册》编委会.民机结构耐久性与损伤容限设计手册（下册）[M].北京：航空工业出版社，2003.