國產大飛機C919首架交付航空公司的消息一出，民眾對飛機的關注也越來越高。那麼，這樣一具龐大的金屬造物，又是怎麼誕生的呢？它是如何為我們提供安全舒適的航行體驗的呢？相信大家一定會好奇吧。今天我們就從飛機龐大的機身是如何拼接起來的來聊聊吧。

龐大的機身怎麼拼接起來的呢？

飛機，作為人類工業文明的明珠，代表人類文明征服自然的證明，伴隨著數百年的發展，逐漸走進我們的生活。

鉚釘，這個在工業設計與施工中十分常見的物件，在飛機製造過程中扮演關鍵的角色。你知道嗎？飛機機身的拼接竟然用到了數百萬顆鉚釘。

在飛機的組裝過程中，這不起眼的小鉚釘被用來連接及加強機身不同的構件以及結構，用來確保整架飛機的完整性和可靠性。它們需要精心設計、製造和安裝，並且具有非常重要的功能，可以有效連接和固定各種飛機結構部件，包括機翼、尾翼和機身前中後段等。

鉚釘在飛機結構中的一些運用。圖源：作者

由於飛機在飛行過程中需要承受非常大的風壓、重力、慣性力等力量。因此，飛機結構部件之間的連接必須非常堅固且可靠。

鉚釘是一種非常適合飛機製造的連接方式，因為它們可以承受大量的拉伸力和剪切力，並且在不同的溫度和濕度條件下保持穩定性。此外，鉚釘還具有較小的空間要求，可在不影響飛機外觀和氣動性能的情況下完成連接。

雖然使用大量的鉚釘可能會增加製造和維護的成本，但它們可以提高飛機的可靠性和安全性，並確保在極端的情況下仍能保持完整性。因此，鉚釘在飛機製造和維護中仍然是一種不可替代的連接方式。

鉚釘是如何將機身拼起來的？

一般來說，飛機的結構部件是由各種金屬材料組成的，包括鋁合金、鈦合金、不銹鋼等。鉚釘透過穿過兩個或更多結構部件，並在另一側用鉚釘頭和釘尾之間的衝擊力將它們拉在一起，形成堅固的連接，連接的過程需要鉚釘槍或其他專用工具來實現。

飛機結構部件通常由預製件構成，這些預製件已經鑽好了鉚孔。在組裝過程中，安裝工人將鉚釘插入鉚孔中，並將鉚釘頭部分支撐開。然後，用鉚釘槍在釘尾上施加力，將釘尾彎曲，使其與結構部件牢固地連接起來。

鉚釘通常是由與要連接的結構部件相同或相似的材料製成的，以確保在不同的溫度和濕度條件下保持穩定性，並提供最大的連接強度。

我們可以簡單了解下不同材料製成的鉚釘在飛機製造過程中的應用：

鋁合金鉚釘：鋁合金鉚釘是最常用的鉚釘之一，因為它們與許多飛機結構部件相似。它們通常用於連接鋁合金結構部件，因為鋁合金鉚釘與鋁合金的腐蝕性能相似，可以在飛機的高濕度環境下提供最大的連接強度。

鋁合金機身蒙皮及其鉚釘。圖源：作者拍攝

鈦合金鉚釘：鈦合金鉚釘也是常用的鉚釘之一，鈦合金鉚釘比鋁合金鉚釘更強硬、更耐腐蝕，並且可以在更高的溫度下使用。由於鈦合金的價格較高，鈦合金鉚釘通常用於連接需要更高強度和更耐腐蝕性的鈦合金結構零件。

如何安裝鉚釘？

說完了鉚釘的種類，想必大家對如何安裝這些​​鉚釘也很好奇吧。

在飛機製造過程中最常使用的施工方式是機械鉚接技術。熱鉚和冷鉚都是機械鉚接技術的一種，它們的主要差異在於鉚接時釘的溫度。

熱鉚是指在進行鉚接時，釘子處於高溫狀態，其溫度通常在攝氏200~500度之間。在熱鉚的過程中，先用爐子或其他加熱設備加熱釘，使其處於高溫狀態，然後將熱釘插入兩個需要連接的材料之間，待釘冷卻之後就完成了鉚接。熱鉚適用於連接高強度的材料，如鈦合金等。

冷鉚是指在進行鉚接時，釘子處於室溫狀態。在冷鉚的過程中，鉚釘透過錘擊或機械加壓的方式壓入兩個需要連接的材料之間，完成鉚接。冷鉚適用於連接低強度的材料，如鋁合金等。

總的來說，熱鉚適用於連接高強度的材料，而冷鉚適用於連接低強度的材料。鉚接技術的選擇需要根據具體的材料、結構和要求來決定的。

為什麼飛機製造不採用焊接？

在我們熟知的機械連接方法中，焊接也是十分常見的，那飛機製造為什麼不採用焊接而使用鉚接呢？這首先要從兩者的差異開始說起。鉚接和焊接是連接材料的兩種不同的方法，它們的差異主要體現在以下幾個方面：

連接方式不同：鉚接是透過鉚釘連接材料，而焊接是透過熔化材料並讓它們重新凝固連接在一起。鉚接只是在連接處產生一個孔洞，而焊接則是將兩個或多個材料融合在一起。

材料損傷度不同：鉚接可以在不對材料造成過多損傷的情況下完成連接，因為鉚釘可以在不加熱的情況下壓入材料中。相比之下，焊接需要高溫來融化材料，這會對材料造成一定的傷害。

連接強度不同：焊接通常可以獲得更高的連接強度，因為焊接可以在材料中形成均勻的連接。但是在某些情況下，鉚接可以獲得相同的連接強度。

這下大家一定對這小小鉚釘有了更多的了解了吧，飛機製造不是一日之功，是由無數前輩先驅在黑暗中不斷摸索下才有了現在的樣子，小小的鉚釘穿針引線般地將飛機機身拼接起來，其中的門道也是別有洞天。

同樣的，技術不會一直停滯不前，期待未來的技術進步為我們國家的飛機製造事業帶來更大的進步。

企劃製作

來源丨上海科技館

作者丨鄭寅，地面工程師；王益熙，上海科技館展教中心科學教師

責編丨白莉