國產大飛機C919首架交付航空公司的消息一出，公眾對飛機的關註越來越來高。那麼，這樣一具龐大的金屬造物，是怎樣誕生的呢？它是如何為我們提供安全舒適的航行體驗的呢？相信大傢一定會好奇吧。今天我們就從飛機龐大的機身是如何拼接起來的來聊一聊吧。
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，代表著人類文明征服自然的證明，伴隨著百多年的發展，逐漸走入我們的生活。
鉚釘，這個在工業設計與施工中十分常見的物件，在飛機制造過程中扮演著關鍵的角色。你知道嗎？飛機機身的拼接竟然用到數百萬顆鉚釘。
在飛機的組裝過程中，這不起眼的小鉚釘被用來連接及加固機身不同的構件以及結構，用來確保整個飛機的完整性和可靠性。它們需要精心設計、制造和安裝，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和可靠。
鉚釘是一種非常適合飛機制造的連接方式，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，鉚釘也具有較小的空間要求，可以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制造和維護的成本，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，鉚釘在飛機制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。鉚釘通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沖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制件構成，這些預制件已經鉆好鉚孔。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制成的，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。
我們可以簡單解下不同材料制成的鉚釘在飛機制造過程中的應用：
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部件。
如何安裝鉚釘？
說完鉚釘的種類，想必大傢對如何安裝這些鉚釘也很好奇吧。
在飛機制造過程中最常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，它們的主要區別在於鉚接時釘的溫度。
熱鉚是指在進行鉚接時，釘處於高溫狀態，其溫度通常在200~500攝氏度之間。在熱鉚的過程中，先用火爐或者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，釘處於室溫狀態。在冷鉚的過程中，鉚釘通過錘擊或者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。
為什麼飛機制造不采用焊接？
在我們熟知的機械連接方法中，焊接也是十分常見的，那飛機制造為什麼不采用焊接而使用鉚接呢？這首先要從兩者的區別開始說起。鉚接和焊接是連接材料的兩種不同的方法，它們的區別主要體現在以下幾個方面：
連接方式不同：鉚接是通過鉚釘連接材料，而焊接是通過熔化材料並讓它們重新凝固連接在一起。鉚接隻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損傷。
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。
這下大傢一定對這小小鉚釘有更多的解吧，飛機制造不是一日之功，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，期待將來的技術進步為我們國傢的飛機制造事業帶來更大的進步。
策劃制作
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老師
責編丨白莉