【航空科普】航空緊韌體 - 飛機制造的無名英雄

鈦合金螺絲容易滑絲嗎

航空製造業的英雄呢？我想可以考慮下航空緊韌體，它甚至可以被稱為是“無名英雄”。航空緊韌體可能不像發動機那樣讓人說起來就興奮十足，但是一架客機上卻實實在在地需要上百萬件緊韌體，比如波音747上緊韌體的數量達到三百萬件，每天數百萬人的安全可以說都取決於對航空緊韌體的正確選擇和使用。

航空緊韌體與其它普通工業緊韌體的差別很大，而且在很多方面根本不具備可替換性，甚至根本沒有可比性而言。舉個例子，對於飛機上使用的螺栓，有些材料是耐腐蝕鋼，並經過嚴格的熱處理工藝，其拉伸強度可以超過125KSI；相比之下，普通工業緊韌體的材料大多是低碳鋼，而且幾乎沒有足夠的防腐蝕處理，其拉伸強度介於50-60KSI之間。

如果從產品型別上來區分，航空緊韌體可以分為:

螺栓/螺絲 螺母 鉚釘/墊圈/銷 其它特殊產品 如果從應用型別上來區分，航空緊韌體可以分為：永久連線緊韌體 可拆卸式連線緊韌體 緊韌體材料的選擇通常會涉及到以下五個方面：最高和最低應用溫度 環境抗腐蝕要求 疲勞及載荷力 防松方式 應力腐蝕開裂問題

因此，對於航空緊韌體材料的選擇，需要參考剪下強度、拉伸強度、疲勞強度、應用溫度、防腐蝕能力等引數。以安裝固定飛機引擎為例，將一個7-8噸重的發動機固定到機翼上可能只需要少量的幾個螺栓，因此這些螺栓必須具備足夠的強度。目前用於固定發動機的緊韌體大多是特殊的鈦合金螺栓。

對於航空緊韌體來說，比較常見的材料有合金鋼、不鏽鋼、鋁合金、鈦合金、鎳基合金等，其中鋁合金和鈦合金材料佔了絕大多數。

鋁合金材料代表著重量輕、卓越的導熱性和導電性、耐腐蝕能力和優秀的延展性。大多數用在飛機結構上的實心鉚釘的材料就是鋁合金。根據強度等級和熱處理條件不同，又可以細分為多種鋁合金材料，其中1100， 2017-T， 2024-T， 2117-T和5056是最常見的五個等級。但是在高溫應用環境下，鋁合金材料的強度會急劇下降，所以不適合於高溫應用。

鈦合金的強度與中等強度合金鋼的強度相差無幾，但是其重量只有後者的一半不到。鈦合金的強度、耐腐蝕性、耐高溫能力都很贊，因此被更加廣泛地應用在飛機機身、發動機等結構中。其應用溫度在-210C°至425C°，所以即使成本略微高一些，但從降低重量的角度考慮，鈦合金仍是結構緊韌體的首選材料。

在大多數鈦合金緊韌體的失效模式中，對於設計的選用以及材料的認知不足往往是最主要的原因。

例如，鈦合金的零部件不可以進行鍍鎘或鍍銀處理，因為這會是鈦合金在常溫下脆化的來源。

此外，在鈦合金緊韌體安裝過程中，施加的扭矩、摩擦係數、裝配工藝等都是非常複雜的不確定因素，在某些極限情況下，多重因素的合力作用會導致鈦合金緊韌體發生失效。比如鈦合金螺紋緊韌體在安裝過程中，非常容易發生滑絲等問題，因此選用鈦合金緊韌體時，其表面潤滑處理就變得更為重要。

由此可見，在飛機結構設計中，對於緊韌體的選用，需要更加專業的技術知識以及更加詳細的考慮。

那些容易被誤解的緊韌體概念

滿不懂： 您了是學什麼專業的？

假行家： 通訊工程。

滿不懂： 嚯嚯嚯！手機特別熟吧？

假行家： 還行，手機就是通訊終端的一種。

滿不懂： 聽不懂！ 我就問你能給我這個老年機改成最新的iPhone嗎？

假行家： 你快打住吧！我這專業是跟手機有關，但我偏重於軟體和程式。

滿不懂：哦！程式設計呀，懂了！你看看能給我編個程式，把我支付寶賬戶弄個幾百萬，怎麼樣？

假行家： ……

一年一度的高考已經結束了，但隨之而來的是對學校和專業的選擇。看看近些年來新增的那些熱門專業，大資料應用、機器人工程、智慧製造，無一不是更加專業、更加適應時代需求的學科。

然而並不是每個人都能真正瞭解各個專業的學習內容以及將來可能從事的行業，我想這在很大程度上和以前專業劃分不夠細緻有關。

其實放在任何一個領域，總有一些概念容易被混淆，有些無關技術本身，即使發生混淆也無傷大雅，比如對標準件的定義，在多數情況下，緊韌體和標準件二者似乎是等同的，怎麼稱呼倒也無所謂。

標準件通常指符合公開規範中對設計、製造、測試、驗收標準等各項要求的零件，如NAS、AN、SAE等。這類零件有許多規格、效能和用途，標準化、系列化和通用化程度極高。此外，仍然有許多緊韌體、密封件、軸承等零件，它們的製造是遵照零件製造商自己的規範要求，因為這些標準或規格並未成為公開規範，因此這些零件還不能劃入標準件的定義。

有些定義或名稱則需要嚴格的區分，因為這涉及到零件的選用、安裝等問題，正所謂“失之毫釐，謬之千里”。我們簡單舉幾個例子：

1)自鎖力矩和鎖緊力矩

自鎖螺母是非常常見的一種緊韌體，絕大多數的自鎖螺母是透過螺母頸口變形來實現自鎖的。因此，自鎖螺母在與螺栓配合安裝時，螺栓需要突破自鎖螺母的變形，才能完成安裝，而在這個過程中，需要施加的扭力，也就是用來突破自鎖螺母變形區域的扭力值，被稱為自鎖力矩。

鎖緊力矩可以被定義為將被連線的飛機零件配合面，固定在最終安裝位置，在緊韌體鎖緊方向上測量的力矩。

自鎖力矩是在擰緊自鎖螺母的過程中，當螺母與螺栓的螺紋部分完全齧合，且還沒有和被連線的飛機零件接觸時的力矩值。在安裝過程中，自鎖力矩受外界因素影響明顯，包括轉速、緊韌體尺寸、摩擦係數等。

鎖緊力矩標量的是在使用緊韌體鎖緊飛機零件過程中，用於在接頭處產生張緊力的力矩，而這個張緊力會有效提高接頭處等疲勞強度，就是大家熟知的預緊力。

2)哪個是螺栓?

哪個是螺紋銷釘?

首先，螺栓和螺紋銷釘都屬於螺紋式緊韌體，都需要配合螺母來完成安裝。

其次，從應用上來說，都可以採用不同的頭部形狀來滿足抗拉、抗剪的應用要求。

我想他們的區別，從外觀上來看，可能就是釘尾。螺紋銷釘的釘尾通常有一個內六角凹槽，而螺栓的尾部則沒有這個凹槽。這又是為什麼呢？

這個是由他們的安裝特點決定的，螺紋銷釘在安裝時，要保證釘杆不動，工具轉動的是螺母或套環，所以在非干涉配合下，需要一個六角工具抓住螺紋銷釘的釘杆，讓它保持不動；而螺栓與螺母配合，尤其是與託板螺母配合時，安裝工具驅動的往往是螺栓，因此螺栓不需要輔助安裝的內六角凹槽。

3)單面安裝的盲螺栓和盲拉釘

二者外形及其相似，但是機械強度、應用型別卻相差很大。盲螺栓比盲拉釘具有更高的強度，用於需要高強度連線的接頭。有時，盲螺栓可以直接替換高鎖螺栓和環槽鉚釘。目前很多盲螺栓由鈦合金製成，其額定的剪下強度幾乎都要遠遠高於盲螺釘。

此外，二者在直徑尺寸、填充安裝洞的能力方面也都存在差異。因此，雖然二者作為單面安裝的緊韌體概念，幾十年來並行發展，但是還是各自有自己的分工領域。

就像我們不要把機械工程理解為修理腳踏車，把生物工程理解為養雞養鴨一樣，很多航空緊韌體的定義不能從其名稱來下定論，尤其是中文名稱。就拿剛才提到的盲螺栓和盲拉釘，都是單面安裝，規格相似、安裝方法相似，恐怕只有你真正瞭解了它們的區別，那麼在需要替代高鎖螺栓或是替代實心鉚釘的時候，才不至於像滿不懂和假行家一樣。

航空緊韌體件號總結

P/N

Part Number

零件號碼

件號對於一個零件的重要性就好比姓名對於我們每個人的重要性一樣，從設計階段的選用，到試驗階段的測試認證，再到裝配製造階段的採購，只要你用緊韌體，那就離不開件號，而且還就不能搞錯。

一架飛機上緊韌體的數量是百萬級的，它們雖不像起落架、引擎等那樣顯而易見，確是飛機的重要組成部分，從機頭到機尾，遍及飛機的每一個角落。

在說件號之前，我們先大致瞭解下航空緊韌體的型別有哪些。

從應用角度來區分，可以分為可拆卸式和永久式安裝兩大類。更加詳細的區分，請您參考之前的文章，“你真的瞭解航空緊韌體嗎？”此外，廣泛意義的航空緊韌體還包括螺紋護套、快卸緊韌體、門鎖結構和液壓管路件等。

緊韌體的件號通常情況下由兩部分組成:

1)規範號或標準號

2)零件資訊，包括尺寸、材料和表面處理等

例如

BACB30XT8HK16

， BACB30XT就是標準號，代表是波音標準的100度沉頭環槽釘；後面的字母和數字則反映零件的基本資訊，8代表直徑1/4英寸，H代表選擇退膠槽，K代表緊韌體表面是鋁噴塗處理，16代表夾層厚度1英寸。

這裡重點說一下直徑程式碼和夾層厚度程式碼，這裡面的數字不是實際的直徑或長度尺寸，而是程式碼。

通常情況下，對於鉚釘來說，其直徑程式碼是以1/32英寸為單位

，因此上面例子中直徑程式碼-8就是1/4英寸；

而幾乎所有緊韌體長度程式碼都是以1/16英寸為單位

，因此上例中長度程式碼-16就是1英寸。

目前在航空製造領域，會經常遇到的緊韌體標準有以下這些：

MS

美國軍用標準

NAS

美國航空標準

AS

隸屬於SAE的航空標準

MA

隸屬於SAE的米制航空標準

AN

美國空軍海軍標準

DIN

德國工業標準

EN

歐洲標準化委員會標準

BAC

波音標準

ABS/ASNA/NSA

空客標準

來自：

西貝九日、飛行邦、民航機務論壇