飞机为什么要用铆钉,而不是焊接?这么说吧,用焊接造飞机相当于拿502胶水粘航天飞机,看着严丝合缝,飞上天就能表演“空中解体”, 麻烦看官老爷们右上角点击一下“关注”,既方便您进行讨论和分享,又能给您带来不一样的参与感,感谢您的支持! 制造飞机时为了尽量减重,普遍使用铝合金或者复合材料,相比传统钢材,这些材料有一个共同点,就是轻便强韧,却极其怕高温,而焊接必然要经历高温过程,铝合金一旦受热,很容易在焊接区域失去原本的强度,甚至大幅变形;复合材料就更娇气,稍不注意就可能在焊接时被烧坏或者分层,这样一来,与其说是“连接”,不如说是“破坏”。 除了材料问题,焊接区域的耐久性也不足,曾经有过尝试,结果显示焊接部位的疲劳寿命明显缩短,往往只达到铆接部位的五分之一,换句话说,铆接能保持半个世纪的稳定结构,焊接却可能十年左右就出现隐患,裂缝一旦从焊缝产生,很容易迅速蔓延,造成结构性风险,由此可见,焊接并不适合承担航空器那种长期而复杂的工作环境。 相比之下,铆钉虽然小,却有惊人的能力,不要小看一颗只有几克重的小金属钉,它可以抵抗几百公斤的剪切力,成千上万颗铆钉紧密排布,把一块一块蒙皮牢牢压合在一起,相当于一张庞大的防护网,更重要的是这种连接具备分散受力的优势,如果某一颗失效,周围的铆钉会立刻分担压力,整体依旧牢固,这种“多点支撑”的方式,天然带有安全冗余。 另一个隐藏的好处,是它能阻止裂纹扩展,飞机在长时间运行中难免会受到各种应力,金属表面可能会出现细微裂口,但在铆钉密布的结构里,这些裂缝常常被“卡住”,无法快速蔓延,焊接点则完全不同,一旦萌生裂痕,很可能一路扩散,直至断裂,安全性上的差距由此可见。 铆钉对空气动力学也有贡献,设计得当的埋头式铆钉能嵌入蒙皮表面而不产生突起,使机身更加光滑流畅,能够有效降低飞行阻力,历史上有过事实数据,采用这种方式甚至能让飞机的油耗更低,别看只是一个小细节,累积到数百万颗铆钉,整体效益相当可观。 从工程角度看,铆钉还有额外的优势,它们在生产阶段就被严格标准化,每一个型号都有精确规范,测量误差被压缩到微米级,这保证了数百万颗铆钉都能保持一致的质量,不同的位置、不同的工作环境,会使用不同合金材质的铆钉,例如机身大面积蒙皮大多采用铝合金铆钉,而需要高温承受力的发动机舱则会选用镍基合金;至于机架和起落架等高强度部位,则可能选择钛合金铆钉,耐温可达数百度,在强度上能轻松抵挡巨大的载荷。 再说日常维护,飞机不同于一次性用品,它往往要被反复使用二三十年甚至更久,过程中难免要大修小修,如果机身完全依靠焊接,那么一旦要检查或替换零件,维修人员往往需要把整个焊缝区域切割后再重焊,不仅费时费力,还可能破坏原有的受力平衡,而铆钉则灵活得多,需要更换时,把损坏的直接拆下再装新的即可,这种维修方式高效而经济,一颗冷冻铆钉在十几分钟之内就能安装就位,飞机维护的速度和便利程度因此得到了巨大提升,航空公司自然也更乐意接受这种方式。 值得注意的是,飞机表面的铆钉数量极其庞大,但并不会因为时间推移而大面积松动,原因在于这些铆钉并非简单的金属钉子,而是被精心设计成自锁结构,能够防止因震动或者气流影响而脱落,即便偶尔有人发现某个位置掉了一颗,整体安全也不会因此受影响,因为余下的邻近铆钉完全可以承受分配到的载荷。 如果把视野扩展到极端环境中,铆钉的作用更加突出,军用战机要承受高过载机动,发动机附近温度能到近千摄氏度,换作焊接,在低温脆化与高温软化的双重作用下,焊缝早就可能失效,而铆钉则能按照不同工况选择材质,轻松应对,钛材铆钉对强度和耐热性的需求游刃有余,镍基材质甚至能在炽热的发动机舱内保持稳定,可谓量身定制。 这一工艺并不是因为科技落后才延续至今,而是经过实践和实验不断验证后得出的最优解,哪怕未来材料科学和连接技术继续进步,铆钉依然会在航空制造中拥有不可动摇的位置,它们不耀眼,不张扬,却在每一次起飞和降落时默默承担风险。 信息来源:飞机为什么宁愿用百万颗铆钉,也不愿选择焊接?——澎湃新闻
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