紧固件作为飞机上必不可少的零件,其总重量就占一架现代飞机总重的5%-6%,一架中型飞机上的航空航天紧固件可达到200300万个。
为了减少飞机不必要的重量,工程师们对紧固件减重方面采取了不少策略,在保持必要的机械性能的前提下,尽可能将重量控制在较低的水平。
比强度是材料的抗拉强度与材料表观密度之比,法定单位为牛/特(N/tex)。比强度越高表明达到相应强度所用的材料质量越轻。而钛合金作为一种重要的新型结构材料,钛比钢密度小40%,强度却与钢相当,同时耐热性、耐腐性、抗弹性和形成加工性良好,广泛应用于航空工业。
航空航天紧固件材料的选用,并不是强度越高越好,必须综合考虑抗疲劳、耐腐蚀、刚性、脆性、相容性、耐热性等性能。
一般认为,飞机的机体结构由机身、机翼、尾翼、发动机吊舱、起落架、操纵系统和其他系统的受力结构组成。根据受力状态,通常在传剪结构和承力较小的部位采用抗剪紧固件,在厚夹层和抗拉部位采用抗拉紧固件。
抗剪紧固件有100沉头、平头等头型,抗剪型紧固件比抗拉型紧固件头部高度降低较大,有明显的减重效果;抗拉型紧固件头部,同样采用了减重措施,如六角头的减重窝和十二角头的减重窝等,也可使头部重量有效降低。
在航空紧固件制造技术领域,涉及到一种短收尾螺纹紧固件的开发。在螺纹的加工形式上,实现1.5P螺纹短收尾。轻型钛高锁螺栓与第一代普通钛高锁螺栓相比,由于收尾螺纹缩短,使用高锁螺母长度也相应缩短,进而使得总体结构减重 10%。
在复杂的紧固系统中,采用高强度、钛合金等高比强材料,如钛合金拉丝型抽钉,外套采用高强 钛合金,而芯杆采用了比 TC4 强度还高的 型钛合金,总体强度与专为复合材料设计的单面螺纹抽钉强度一致,但其重量比后者轻 30%以上。
飞机的减重突出体现在多个方面,紧固件是通过大量使用体现总体减重效果,但在管路连接件上的减重,单件就有较大的作为。
如将飞机上使用的不锈钢或合金钢管路连接件,用于液压系统的管接头、外套螺母、堵塞等都更换成 TC6 钛合金管路连接件,不但可将耐压能力提高至 28MPa,还可以使得整机减重数十千克到数百千克,如采用无扩口钛合金紧固件,可实现进一步减重。
可见在减重方面,航天人真是无处不尽心尽力,为减轻每一毫克重量而努力探索,这也促进了航天领域近年来收获颇多的成果。
