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沿海地区飞机的三防工作研究

作者:jnscsh   时间:2021-06-30 08:50:00   浏览次数:

摘 要:沿海地区因受潮湿、高温、盐雾、霉菌等影响,经常使飞机金属腐蚀、涂层剥离、油料变质、橡胶老化,危及着飞机安全,分析得出:只有从飞机设计、加工、装配、维护、保养等方面采取全面有效控制措施,提高飞机抗湿热、抗盐雾、抗霉菌能力,才能保证飞机沿海地区的飞行安全,对飞机设计、加工、装配、维护、保养等工作有很好的指导作用。

关键词:沿海地区;湿热;盐雾;霉菌;三防;腐蚀

中图分类号:TG179 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2019)03-0071-04

0 引言

据统计,沿海地区飞机故障因环境因素引起失效约占飞机失效总数的52%以上,其中,温度因素约占环境因素引起失效总数的55%,霉菌因素约占环境因素引起失效总数的15%,振动因素引起约占环境因素引起失效总数的20%~40%,潮湿因素约占环境因素引起失效总数的19%,盐雾、砂尘约占环境因素引起失效总数的6%,温度、振动、湿度、霉菌和盐雾约占环境因素引起失效总数90%以上,而机载电器类产品因潮湿因素约占因潮湿因素失效总数的80%[1],沿海地区的环境给不仅带来飞机维护成本和工作量增加,而且严重影响着飞行安全,例如,1981年一架B737-200客机,由于机身腐蚀引起结构破坏导致飞机坠毁,1985年8月12日日本一架B747客机因应力腐蚀断裂而坠毁,机上500多人丧生,2000年5月7日台湾华航一架B747飞机从台湾飞往香港大修途中,由于金属腐蚀疲劳造成尾翼裂纹坠毁,导致机上225人丧生,因而,做好飞机三防工作是沿海服役飞机环境适应性的基本要求。

1 沿海环境诱发飞机产品失效机理

当飞机在海上或沿海地区长期执行任务,处于海洋大气环境中,尤其是在亚热带和热带沿海环境下,受潮湿、高温、盐雾和霉菌的影响,飞机失效速度加快,其中腐蚀是飞机失效的主要形式之一,试验表明纬度越低,离海岸线越近,飞机越容易发生腐蚀(表1)[2]。主要表现在飞机表面防护层脱落,铆钉、螺钉、螺栓、螺母、蒙皮等部结构件金属腐蚀,犄角和缝隙等部位材料腐蚀,应力集中、应力过大有等部位金属发生腐蚀裂纹和疲劳裂纹,橡胶制品、复合材料、表面防护层等黏着、龟裂、侵蚀、分层、膨胀、剥离等老化现象加快,其中以电化学腐蚀和应力腐蚀最为常见(表2)。

1.1 潮湿

当空气潮湿度大于65%,金属表面形成水膜,当空气潮湿度大于76%,金属腐蚀速度急剧增加,潮湿使金属构件表面构成电解液环境[3],使金属结构件(如壁板、隔框、管件、钢索等)氧化、腐蚀加速[4](图1);设备舱室内容易出现凝露现象,附着在电器元件的接触点上,会引起飞机(如非密封舱段和机翼、尾部、起落架等部位)上导线、金属插头、电器件、印制电路板等氧化、腐蚀(图2),造成电路、开关、继电器等绝缘不良、电阻过大,甚至造成漏电、短路、打火、断路、过热、烧损、噪音、频率漂移等故障;当发动机上高压点火电路与器件受潮后,高压部分因严重漏电,使起动点火能量不足,严重时会造成发动机起动困难或起动不成功。

当空气潮湿度大于80%时,飞机结构材料受潮,不但会引起结构重量增加、体积膨胀变形、组织疏松,而且造成涂层起泡、分层等损伤,造成材料老化、破裂、强度降低。

随着空气潮湿度增加,使飞机燃油、液压油、滑油及结构缝隙、插头中水分增加,为细菌、真菌、霉菌等微生物滋生创造了有利条件,容易诱发微生物污染,导致飞机油箱聚氨酯泡沫发生水解或发生微生物污染而掉渣,造成燃油、液压油、滑油等变质。

实践表明,当潮濕与盐雾、高温、霉菌、污染等其它环境条件并存时,飞机结构件因腐蚀而失效速度加快。

1.2 盐雾

盐雾是一种电解液,当盐分浓度增大时,溶液电导率增大,金属腐蚀速度加快,当盐分浓度增大到一定值时,溶液中氧的溶解度降低,金属腐蚀速度下降。当外界大气温度为35℃±2℃时,盐含量为3%~6%时,金属腐蚀速度可到达到最大;当盐雾与潮湿、高温、飞机尾气、大气污染等其它条件并存时,飞机金属腐蚀速度会大大加快。

当有盐雾(海雾或海水)侵入飞机时,在水分及硫、酸、钠、氯等离子的作用下,在金属表面形成电解液膜,并与金属发生化学反应,造成金属附件与电器件形式多样的腐蚀[5](表2),尤其是电解液膜中氯离子(CL-1)直径小、表面活性高、穿透能力强,能破坏各类合金(含不锈钢)的钝化膜保护层,使金属产生孔蚀、损坏、接触不良,导致晶间腐蚀、化学腐蚀、应力腐蚀,使钝化膜失去保护作用,常使钢铁部件产生红锈、铜部件产生绿锈、铝部件产生黑锈,使奥氏体不锈钢产生点应力腐蚀。盐雾还加速了机载设备腐蚀,造成设备绝缘电阻降低、活动部件阻塞、卡死,引起拆卸困难,与潮湿共同作用,可引起非金属涂层起泡、起皱、开裂、脱落、绝缘层失效、导线漏电及其它缺陷[6-7]。

1.3 霉菌

霉菌是一种微生物,飞机上微生物在适宜水分(相对湿度≥80%)、养分(如含钾、钠、硫等无机物和含碳、氮等有机物)、温度(一般为25℃~35℃)和酸碱度等环境下,会迅速繁殖、滋长[8]。

微生物的代谢物(如硫化氢、硫酸、十二烷酸、醋酸、乳酸等)呈弱酸性,会腐蚀飞机金属壁板、管件、电路板的金属细线,形成斑点影响产品外观质量和电路通导性,使飞机涂层、合金元件在缝隙、尖角等部位等产生腐蚀,也能让高强度铝合金发生氢脆,破坏材料结构和机械性能,造成油箱壁板穿孔,造成燃油渗漏,甚至诱发飞机失火;微生物的降解作用,破坏着沥青、聚(氯)乙烯、多硫化合物(腈橡胶)、聚氨酯(醚)等有机物,使飞机油箱密封胶和聚氨酯泡沫等机件失效,使飞机燃油、滑油、液压油乳化或变质,导致油料性能品质下降;微生物代谢和分泌产生的黏稠团簇状沉积物,会堵塞飞机油滤、供油泵、输油管路、限流孔、发动机喷油嘴等元件,致使供油阀、调节器、滑阀等运动副磨损、卡滞或失效,造成发动机供油量减小、性能下降、推力发生脉动,使液压系统、滑油系统失效,甚至导致空中停车、飞行操纵失效等,危及着飞行安全;微生物代谢物和水分也能造成电容式油量指示误差偏高等[8];霉菌本身含有大量水分,能越过绝缘材料生长,使非金属材料及电子器件受潮损坏,形成电气通路,造成电气系统短路。

1.4 高温

当外界环境高温时,运动器件发热,其润滑性和散热性变差,发动机和起动机的起动性能和抗疲劳性变差,发动机排气温度增加,发动机叶片容易发生高温氧化和腐蚀;高温使飞机各部分热胀冷缩不均,有可能造成飞机受力不均、配合不严,导致气液泄漏、钢索张力不符合要求;高温也容易使飞机上润滑油脂融化、蒸发、酸化变质,变质的油料容易与镁铝等金属发生化学反应而腐蚀;高温使飞机金属的电化学反应速度加快;高温也使飞机橡胶件(如轮胎、密封件)、塑料件、涂层等提前老化,影响飞机使用;在适宜温度(一般25℃~35℃)和充足水分条件下,会在结构缝隙、密闭空间、油箱中发生微生物污染,产生次生灾害;外界环境高,某些阻敏元件电阻变大,输出电压过高引起飞机设备和系统报故。

造成飞机产品失效,除了以上恶劣环境因素外,还与飞机在设计、加工装配、维护使用等各个环节存在不足有关,为了提高飞机可靠性,必须从各方面采取措施。

1.5 灰尘

当飞机表面聚集灰尘时,在潮湿、盐雾、霉菌、高温等因素综合作用下,形成毛细管作用[9],加速了飞机的电化学腐蚀与微生物腐蚀。

2 提高飞机抗湿热、抗盐雾、抗霉菌措施

2.1 合理选材

在设计材料选用上,应采用抗腐蚀、抗霉菌材料、有涂覆保护的材料。

(1)相邻材料要相容,避免发生化学腐蚀,两种金属电位差应小于0.25-0.5v,如:碳纤维复合材料不与铝合金、镀镉、镀铝的紧固件直接接触,镀镉紧固件不允许钛合金零件直接接触,镀镉螺栓在高温环境下不能与高强度钢直接接触;在表面积较大的薄板件和接头、铰链等摩擦部位,建议使用耐候高材料(如经钝化不锈钢、钛合金、复合材料),螺钉、螺栓、螺帽等紧固件在恶劣环境时,要优先采用耐蚀性钛合金和结构钢材质。(2)科学使用抗霉材料(如无机矿物质、合成树脂)代替采用棉、麻、丝、绸、纸、木材等易发霉的材料,正确使用化学防(杀)霉剂(如臭氧、KATHON FP1.5、BIOBOR JF、T701A杀菌剂)杀死密封部位的微生物。(3)对于易产生腐蚀的金属部位,在满足性能要求的同时,应优先选用耐湿热和耐腐蚀材料,并选用不易吸湿(水)的材料做绝缘体。(4)为避免接触金属结构腐蚀,尽量采用电位相同或相近的金属材料,若必须把不允许接触的金属材料装配在一起时,则材料之间要有涂覆保护层或放置绝缘衬垫,并扩大阳极性金属表面积、缩小阴极性金属表面积;对不能使用涂层保护的金属结构(如电接触件)应采用特殊保护方法(如涂密封胶或加防护套)。(5)飞机不同材料贴合面采用密封剂进行湿态装或用惰性绝缘材料隔离,以及采用整体防护措施。

2.2 采取表面防护措施

(1)对于外露于大气易于腐蚀的金属表面,应采取合适的表面处理措施:1)使用如S01-3聚氨基甲酸酯绝缘清漆、丙烯酸聚氨酯磁漆、醇酸氨基磁漆、丙烯酸氨基磁漆(TB06-9底漆、H06-076底漆、S06-0215底漆、TS70-60磁漆、SF96-201磁漆等有机涂层)、有机硅清漆(如DC-12577)、三防漆(如TL-11、TL-19、963、969)等油漆处理;2)使用如丙烯酸类、有机硅类、聚氨酯类、环氧树脂类、聚对二甲苯涂料、氰酸酯树脂、PI树脂等有机防水涂料[10];3)科学使用三防涂剂(如DB SF-6101、DB SF-6102等);4)使用電接触保护剂(如DJB823、BY-2、TX-1等);5)使用如憎水材料;6)采用覆膜处理;7)采取金属镀层,通过上述措施可以有效搭建飞机防腐蚀屏障。(2)改善飞机表面工艺防护措施,保证表面防护科学有效。(3)定期检查和修复零件表面涂层,清洗飞机,保证飞机清洁。

2.3 合理设计飞机结构

(1)为避免积存腐蚀介质、雨水、冷凝水,结构件内外几何形状及其安装位置,应便于排水、通风、快速干燥,结构设计上尽量采用斜面,应避免下凹结构,尽可能减少飞机和设备外壳不必要的缝隙、沟槽、台阶、凹窝、尖角、死角、孔洞等易腐蚀和易滋生霉菌结构形式[11-13]。当不能避免飞机结构积水时,应在适当位置(如最低处)开设排水口和排水槽,结构表面形状要简单、圆角过渡、表面光滑、粗糙度符合要求。(2)合理设计飞机舱室、产品口盖的密封性结构[14],为避免飞机上缝隙腐蚀,对于连接、接缝、接头等处应采用相应密封技术措施(如灌封环氧树脂、有机硅、聚氨酯、蜡、橡胶等密封剂)[14];对于电器产品舱室、口盖、插头尽可能采用密封措施,电气产品外表结构有利于排水,避免积水藏垢;对大容积的舱室,合理设计通风孔。(3)为了减小微生物污染,燃油系统应采取防水设计[16]:1)燃油引射泵和增压泵尽可能设计在油箱底部最低点,引射泵将油箱底部含水燃油抽吸到增压泵吸油口处,供发动机燃烧,以减少水分凝积;2)放沉淀活门等排水装置要设计在油箱底部最低点,油箱底部长桁隔板最下端要设计通水孔,以减小全机死油油量;3)飞机燃油通气增压系统(含速压增压装置)应设计除水装置,防止在雨雪天气或高湿热条件下飞机油箱水分增加过多。(4)两种金属联接时应优化搭接方式、过渡材料和表面处理方法,减小结构间搭接和连接,避免联接后出现电化学腐蚀;如果两种电位差异大的金属必须采用搭接时,要涂覆保护层或放置绝缘衬垫,或应留有适当对接缝间隙,并采取以前搭后、以上搭下的适宜密封搭接方式。(5)密闭舱室必要时采用绝热设计,可有效防止内部结露积水。(6)飞机舱室在必要时采用通风、加热等环境控制技术,环控系统要设计比较完善的除水装置。(7)完善焊接结构和尺寸设计,以减少结构应力集中、应力疲劳和疲劳腐蚀[15],控制和消除残余应力、集中应力和装配应力。(8)飞机空间设置合理,保证部位可达性良好。(9)搞好飞机配套成品如继电器盒、印制电路板盒的机箱、机柜、插件三防(防湿热、防盐雾、防霉菌)设计工作,尤其是印刷电路应采用合适的三防涂覆技术。

2.4 采用有效的三防维护设备

长期在沿海地区服役的飞机,应配备防雨防晒蒙布、胶套和堵塞,配备通风车和微生物污染检测设备等。

2.5 提高产品加工制造工艺水平

(1)在制造和维护工艺方面,采用诸如金属表面涂覆、喷涂、电镀、喷丸、清洗、润滑等表面工艺防护措施,涂层和涂装工艺可靠、合理有效,在生产过程中应避免酸、碱、盐污染和表面防护层损伤。(2)产品在加工、装配过程中,采取措施,避免损伤、应力集中或应力过大(尤其对于高强度铝合金、高强度结构钢),以免金属结构氧化和应力腐蚀,保证产品零缺陷;选用适宜的热处理方法与表面处理方法,改善材料金相组织,消除应力集中和变形;改善表面形状和表面光洁度,圆滑过渡,避免结构件棱角和沟槽,防止金属晶界腐蚀和应力腐蚀。(3)对易发生三防问题的电子产品,装配上盖前(用酒精、三氯三氟乙烷、专用清洗剂等)清除内部杂质,并保证气密装配。(4)使用诸如真空涂镀、纳米涂料(如二氧化鈦)等先进的离子镀膜、氟碳涂料等新技术和新材料。(5)对于铆接、螺纹连接、搭接等,必要时采用湿装配,消除间隙和金属电位差。

2.6 做好飞机淋雨试验工作

充分做好飞机淋雨试验工作,发现漏雨,及时采取修复措施。

2.7 加强飞机的检查、保养和维护

(1)在湿度很大(相对湿度大于65%)的情况下,要用空调车,对飞机通风除湿:通常用温度45℃-55℃干风,通风30min-45min;当飞行前通电检查需要快速除湿时,用温度60℃干风,通风10min-15min;对潮湿较敏感且有特殊要求的设备要视情通风除湿。实践证明,经过通风除湿后的舱室相对湿度可降低到10%,能使飞机电器设备故障率明显降低,提高飞机对沿海地区环境适应能力,减缓湿空气对金属表面腐蚀。(2)长时间停放状态或处于潮湿环境的飞机,应加强通风、通电、晾晒、除湿除潮、润滑、清洗、除锈防护、发动机试车等保养维护工作,正确使用飞机清洗剂、防锈剂、缓蚀剂保养飞机,使用GT-1、GT-2等发动机流道专用清洗剂清洗发动机[17];小航线或沿海地区、潮湿季节飞行,为防止燃油系统微生物污染,从飞机、加油车、储油罐、母舰油舱的放沉淀活门放出燃油水分和杂质时,应缩短放油间隔、加大燃油放油量[16];确保飞机排水防潮和通风情况良好。(3)在春夏换季时,应更换飞机软油箱与壁板之间的滑石粉。(4)沿海地区,发动机工作时会吸入海雾、油烟及尘埃,油垢沉积于压气机叶片,须定期用专用清洗剂清洗发动机流道,使发动机流道清洁畅通,发动机推力和性能得到恢复。(5)定期测量飞机线路的电阻,以判断电路的绝缘性、通断性,加强对飞机搭铁线搭铁电阻的检查工作,必要时喷涂TL-19和TX-1导电漆。(6)用专用清洗剂(如GLX-40、GLQ-045)清洗飞机蒙皮,严禁用洗衣粉、肥皂等非指定清洁剂清洗飞机蒙皮。(7)缩短飞机(如飞机蒙皮、螺栓、钢索等)的检查、清洗、润滑等保养和修复工作周期[18]。(8)加强飞机和发动机等产品的三防维护检查工作:检查容易进水舱室的电缆、导线线束用硅胶布包扎良好,检查内部应无发霉、变质现象;检查含有各类胶质和有机器件,如各类行程开关等不应碎裂、变形;检查配电盒、继电器、接触器等电器件蜡封不应融化;检查机件表面无腐蚀、无霉菌、无灰尘或其他污染物;检查飞机产品不受潮湿、盐雾、霉菌影响而腐蚀、损伤;检查涂层表面无缩孔、橘皮、管隙、针孔(坑洞)、痱泡、剥落、皲裂、起皱、分层、白雾、失光、污染等现象;查看飞机钢索是否出现润滑脂变质、缺少、过多,钢索是否出现腐蚀凹坑或断丝现象;注意结构尖角、死角、缝隙处是否有霉菌和腐蚀现象[19];检查飞机防雨口盖胶质是否良好、是否渗漏雨水。(9)对容易腐蚀的缝隙在清洗处理后,实施灌胶防护。(10)及时检查轮舱、发动机舱与其它暴露的电缆接线装置,尤其是起落架上、机身底部、尾部电缆的包扎情况,对于容易发霉、腐蚀的插头要采取清洗(用酒精)、包扎(如用热缩管、屏蔽防护套)、灌密封绝缘胶(如用有机硅橡胶GN512、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等)等绝缘处理。(11)普通螺钉、螺帽受配合公差限制,镀锌层较薄,拧紧时镀锌层容易受到破坏,可采用有较好流动性的硅橡胶(如401硅橡胶)或透明清漆点涂在螺纹中部、再上紧,可避免螺纹间缝隙腐蚀。(12)对结构件腐蚀损坏处应及时维修,将腐蚀性物质及锈迹预处理干净,再用钝化、发蓝等化学方法处理,最后喷涂底漆和面漆,对于无法修复的锈蚀结构应及时向设计部门反映;结构件在锉修后应采用涂层保护措施。(13)飞机涂层表面避免损伤、划伤、开裂、磨损、沉积、腐蚀、老化,发现问题及时修理。

3 结语

飞机三防工作是一项复杂的系统工程,只有在飞机设计、加工、制造、维护、保养等方面,合理选材、优化结构设计、加强表面防护、实时通风干燥、勤检查、勤保养,才能保证沿海地区飞机的出勤率和飞行安全。

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