飛機結(jié)構(gòu)腐蝕防護和控制研究

肖珺

摘 要：按結(jié)構(gòu)防腐蝕總則、飛機腐蝕情況、選材要求、結(jié)構(gòu)件的表面防護等項內(nèi)容，對飛機結(jié)構(gòu)腐蝕防護和控制進行了全面分析研究，保證飛機在壽命期內(nèi)飛行安全。

關(guān)鍵詞：飛機結(jié)構(gòu)；腐蝕防護；控制

1 引言

腐蝕是飛機結(jié)構(gòu)的主要損傷形式之一，在飛機結(jié)構(gòu)的各類損傷中，開裂和腐蝕分別居第一位和第二位，各占飛機全部結(jié)構(gòu)損傷的29%和20%，而裂紋往往又由腐蝕所引起，受腐蝕影響而加速擴展。腐蝕損傷不僅使結(jié)構(gòu)強度降低，系統(tǒng)和附件功能失效，而且大大降低飛機的使用壽命和日歷壽命，嚴(yán)重影響飛行安全。近年來，我國的軍用和民用飛機出現(xiàn)了普遍和嚴(yán)重的腐蝕問題，有關(guān)部門對此予以高度重視，組織開展了一系列研究，并取得了一些研究成果。

腐蝕控制是保證飛機結(jié)構(gòu)完整性的重要方法，是結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)飛機結(jié)構(gòu)長壽命、高可靠性、低維修成本的重要保證。飛機結(jié)構(gòu)腐蝕控制技術(shù)是防止和延緩飛機結(jié)構(gòu)腐蝕。以保證結(jié)構(gòu)完整性的工程科學(xué)技術(shù)。它涉及到結(jié)構(gòu)構(gòu)型、材料、工藝、表面處理和防護技術(shù)以及應(yīng)力和變形的控制等。是一門多專業(yè)、跨學(xué)科的綜合技術(shù)，也是一項從設(shè)計開始，貫穿于方案論證、結(jié)構(gòu)設(shè)計、生產(chǎn)制造和使用維護等各個階段的系統(tǒng)工程。在這項系統(tǒng)工程中，設(shè)計是關(guān)鍵，它決定了飛機結(jié)構(gòu)固有抗腐蝕特性，在飛機全壽命期內(nèi)各個階段的腐蝕控制工作中起著決定性、關(guān)鍵性作用。

腐蝕會對飛機機體結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重危害，如何防止外界水介質(zhì)等浸入，以及機體內(nèi)冷凝液排出，進行合理結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇抗腐蝕的材料及良好的表面防護，達到減緩機體腐蝕發(fā)生，保證飛機在壽命期內(nèi)安全飛行，顯得尤為重要。

2 飛機結(jié)構(gòu)防腐蝕原則

對暴露在腐蝕環(huán)境中的機體結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取腐蝕防護措施，以保證飛機結(jié)構(gòu)滿足耐久性要求，使腐蝕、脫層、磨損及由腐蝕導(dǎo)致的其它損傷減至最低限度。結(jié)合制造和使用維護中的腐蝕控制措施，保證飛機在使用環(huán)境下，不出現(xiàn)危及飛行安全的腐蝕損傷。并無需在規(guī)定的期限內(nèi)進行與腐蝕直接有關(guān)的修理。在制定腐蝕控制方案時必須遵循以下一般原則：

2.1 正確處理產(chǎn)品的使用功能、使用壽命與腐蝕控制投資費用之間的關(guān)系。結(jié)構(gòu)設(shè)計前，首先應(yīng)全面了解產(chǎn)品的預(yù)期使用環(huán)境、使用功能和使用壽命，以便考慮采用相應(yīng)的腐蝕控制措施；對于使用壽命長、使用中又不允許更換的零、部件應(yīng)從選材及各種防護層的選用方面精心考慮；對難以檢查、修理，或更換屬不經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)，采用的腐蝕防護措施應(yīng)在機體設(shè)計使用壽命期內(nèi)有效；對可修理、可更換的結(jié)構(gòu)應(yīng)在一個大于預(yù)定檢查周期的規(guī)定時間內(nèi)有效。

2.2 全面了解飛機結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境以及各個部位的使用環(huán)境，以作為采取腐蝕控制措施的基本依據(jù)。

2.3 綜合考慮材料的性能，包括力學(xué)性能、耐蝕性能、經(jīng)濟性以及施加覆蓋保護層的可能性。

3 飛機腐蝕情況

3.1 飛機腐蝕的一般規(guī)律

沿海比內(nèi)地腐蝕嚴(yán)重，大氣污染嚴(yán)重的地區(qū)比其它地區(qū)嚴(yán)重，南方沿海比其它沿海地區(qū)嚴(yán)重，水上飛機比陸上飛機腐蝕嚴(yán)重。機翼腐蝕比機身、尾翼嚴(yán)重。機翼的腐蝕主要集中在主要受力構(gòu)件上，梁緣條、梁腹板、長桁、對接型材等。尾翼的腐蝕主要集中在蒙皮及配重安裝部位、安裝搭鐵的舵面固定支座上。機身的腐蝕主要集中在蒙皮、減速板艙、龍骨梁、機腹天線與機腹的搭接處等。

3.2 易發(fā)生腐蝕的部位和結(jié)構(gòu)形式

異種金屬接觸部位，因缺少必要的防護措施或防護不當(dāng)而導(dǎo)致腐蝕；搭鐵安裝部位，因鋁合金構(gòu)件和銅搭鐵接頭連接的外部未密封保護好或搭鐵磨損構(gòu)件保護層而導(dǎo)致腐蝕；緊固件及緊固孔周圍；裝配加工部位（如裝配鉆孔、锪窩、切割邊緣、對接和搭接接縫處的加工端面等）；存在結(jié)構(gòu)縫隙的部位；易積水積鹽、受潮以及水上飛機易受海水、鹽霧襲擊的部位；起落架艙和減速板艙內(nèi)，包括艙門周圍的結(jié)構(gòu)件及成品件。

4 一般要求

4.1 防止腐蝕介質(zhì)的進入

機身上部和機翼上翼面等易進水的部位應(yīng)采取密封措施，如濕鉚接等。結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)都應(yīng)防止水滲入或漏入內(nèi)部。所有的設(shè)備艙、口蓋、座艙蓋、窗戶和門應(yīng)密封。

4.2 防止腐蝕介質(zhì)的積留

所有設(shè)計都要考慮防止水或其它液體的聚積和存留。內(nèi)部易積水的部位應(yīng)視具體情況設(shè)計成有自排泄作用的結(jié)構(gòu)或開設(shè)排水通道，將各部位的滲漏水、冷凝水引至開有排水孔的低凹處，將水排出機體之外。排水孔位置應(yīng)能使積存的水或其它液體有效地排出。排水孔周圍結(jié)構(gòu)應(yīng)密封鉚接：結(jié)構(gòu)外形設(shè)計應(yīng)盡量簡單、光滑，便于防腐蝕施工和檢修，并可減少灰塵、水氣和其它腐蝕介質(zhì)的滯留；結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡量避免凹槽和縫隙，消除能存留腐蝕介質(zhì)的間隙。若出現(xiàn)積存腐蝕介質(zhì)的溝槽或縫隙時，應(yīng)采用相應(yīng)的密封措施，阻止介質(zhì)進入；盡量不用吸水性強的材料，不能避免時應(yīng)采用周圍密封；布置合適的通風(fēng)口，以防止?jié)駳獾膮R集和凝露。

4.3 檢查通道

易腐蝕部位，特別是疲勞或損傷容限關(guān)鍵零部件應(yīng)有檢查通道。

4.4 限制設(shè)計應(yīng)力

對于應(yīng)力腐蝕敏感的材料，應(yīng)盡可能降低設(shè)計應(yīng)力；應(yīng)盡量消除或減小應(yīng)力集中和殘余拉應(yīng)力，以減少應(yīng)力腐蝕的危險。避免零件在短橫向上受拉應(yīng)力；應(yīng)當(dāng)避免使用應(yīng)力、裝配應(yīng)力和殘余應(yīng)力在同一個方向上疊加；設(shè)計鍛件時要保證晶粒流向與主應(yīng)力方向一致。

5 選材要求

a.根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用功能、使用部位、使用條件、使用環(huán)境及結(jié)構(gòu)類型，綜合考慮材料的強度、疲勞性能、斷裂韌度、耐腐蝕性、工藝性和經(jīng)濟性等。

b.針對可能出現(xiàn)的腐蝕類型。

c.盡量選擇耐蝕性好的材料，尤其在易產(chǎn)生腐蝕和不容易維護的部位。

d.避免選擇對腐蝕敏感的熱處理狀態(tài)。

e.所選用的材料應(yīng)具有相容性。

f.應(yīng)考慮材料的腐蝕特性和全壽命經(jīng)濟特性。

g.選用新材料，必須有可靠的腐蝕特性數(shù)據(jù)。

6 結(jié)構(gòu)件的表面防護

6.1 表面防護一般原則

結(jié)構(gòu)件的表面防護是減緩結(jié)構(gòu)材料腐蝕的重要環(huán)節(jié)，通常在型號預(yù)發(fā)展階段就應(yīng)確定。一般有無機防護層（鍍層）和有機防護層（涂層，涂漆）兩部分組成。選擇表面處理應(yīng)遵循如下基本原則：

a.根據(jù)結(jié)構(gòu)件材料的特性、熱處理狀態(tài)、使用條件和部位、結(jié)構(gòu)形狀和公差配合等因素，正確地選擇防護層，并應(yīng)能適應(yīng)型號飛機所有的運行環(huán)境。

b.所選防護體系應(yīng)有耐蝕性能的全面數(shù)據(jù)，盡可能選用耐蝕性好的防護層。

c.防護層應(yīng)與基材及加工工藝方法相適應(yīng)，并對零件的機械性能，尤其是對強度無不良影響，并考慮其經(jīng)濟性。

d.注意防護層與被防護零件材料之問的相容性或限制使用要求。

e.鍍覆層選擇應(yīng)符合GJB594，超出該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍時，應(yīng)進行充分的論證與必要的試驗。

f.有機涂層的選擇除應(yīng)考慮其防護性能、耐濕熱、鹽霧、霉菌性能和耐大氣老化性能外，還應(yīng)考慮其與基體附著力，涂層之間配套相容性和施工工藝性能等。

6.2 表面防護細節(jié)要求

a.盡可能選擇陽極性鍍覆層。對于具有特殊性能要求的（如耐磨、導(dǎo)電、粘接等的零件），可選用具有相應(yīng)特性的鍍覆層。

b.所選用的鍍覆層在其使用條件下，如飛機在飛行和停放時所承受的介質(zhì)、溫度、應(yīng)力和摩擦等，能否滿足零件耐腐蝕的要求。

c.鍍覆層在使用時，由于環(huán)境介質(zhì)、溫度、應(yīng)力、相接觸的零件等因素的影響，是否會帶來有害的影響.以及解決的方法。

d.凡需鍍覆層的零件應(yīng)避免尖角、凹槽、盲孔和平底壓孔，并有足夠的坡度以防止積水.并不影響鍍覆層質(zhì)量。

7 防排水與通風(fēng)設(shè)計

7.1 結(jié)構(gòu)防水設(shè)計

a.機體外蒙皮（尤其是機體上表面蒙皮），應(yīng)盡可能采用濕裝配或密封鉚接。

b.所有門、窗和艙口邊緣都應(yīng)設(shè)計有水密裝置。

c.外表面各對縫及間隙，應(yīng)恰當(dāng)?shù)剡x取縫內(nèi)或縫外密封，或兩者結(jié)合進行。

d.位于機身、機翼上表面和機身側(cè)表面的口蓋應(yīng)有效密封，位于上表面和側(cè)表面上的所有門、窗和口蓋都應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行淋雨試驗。所采用的密封膠或密封墊應(yīng)與機體膠接牢固，并具有較好的耐水、耐油、耐老化等性能。

7.2 結(jié)構(gòu)排水設(shè)計

a.結(jié)構(gòu)總體布局設(shè)計時，應(yīng)布置排水通道。

b.排水渠道應(yīng)保證停機狀態(tài)時積水能自然通暢地流出，排水渠道應(yīng)使用可靠，且有較好的維修性。

c.排水孔應(yīng)布置在機體各積水部位的最低處，對低于排水口的局部結(jié)構(gòu)溝槽和凹坑，應(yīng)使用密封劑填平，或在排水口下方設(shè)置擋水堤埂。排水孔直徑一般應(yīng)不小于8mm。

d.機身長桁和縱梁應(yīng)盡量布置成不易積水的形式，否則應(yīng)開排水孔，或在可能積水區(qū)加裝排水管。

7.3 結(jié)構(gòu)通風(fēng)設(shè)計

a.應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)使用環(huán)境條件和內(nèi)部設(shè)備的具體要求，設(shè)計通風(fēng)結(jié)構(gòu)形式。

b.固定式通風(fēng)口位置應(yīng)選擇在不易進水部位。

c.活動式通風(fēng)門應(yīng)開關(guān)靈活。

d.風(fēng)路通暢，不留死角。

8 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計

8.1 零件構(gòu)型設(shè)計

a.避免選用閉剖面零件。采用閉剖面零件時，兩端應(yīng)可靠地封閉，并在封閉前進行內(nèi)表面防腐處理。如不能封閉，應(yīng)制成便于檢查、排水、清洗的零件.切忌采用既不封閉又不敞開的零件。

b.零件形狀應(yīng)便于表面防護。零件上盡量避免帶有尖銳內(nèi)角或圓角半徑很小的內(nèi)角、溝槽和臺階，因在這些部位不易形成保護層。

c.零件表面外形應(yīng)盡量平整光滑，不易積聚灰塵、雜物和潮氣等腐蝕介質(zhì)，并便于表面涂（鍍）覆保護。

d.焊接件的焊縫布置應(yīng)開敞，便于施工及表面磨削加工，以確保焊縫質(zhì)量；焊接件的焊縫應(yīng)采用連續(xù)封閉焊縫，避免間斷焊縫。

e.焊接件的縫隙中不允許進入和存儲水液或其它腐蝕介質(zhì)，因此點焊件周邊應(yīng)采用堵焊封閉。

8.2 結(jié)構(gòu)裝配設(shè)計

a.零件的配合面應(yīng)形狀簡單、平直，便于良好貼合，以免強迫裝配。

b.相互間不用緊固件連接的獨立零件之間必須有足夠的間隙。

c.結(jié)構(gòu)件裝配中，一般不應(yīng)銼修，以免破壞零件表面防護層。

d.選用緊固件要注意與被連接材料電化學(xué)性相容。鍍鎘的緊固件不允許與鈦合金相連接.鍍鎘和鍍鋁的緊同件不能與碳纖維復(fù)合材料相連。

e.鈦及鈦合金零件和結(jié)構(gòu)在加工和裝配過程中，不能使用鍍鎘的工具夾、定位裝置和型架。

8.3 不同材料連接結(jié)構(gòu)設(shè)計

a.盡量選用同種金屬或電位差小的不同金屬（包括鍍層）相互連接，盡量選用相容金屬相連接。確因結(jié)構(gòu)需要選用不相容金屬相連接時按GJBl720進行防護。

b.不同金屬之間采用絕緣措施，如涂漆、涂膠等。

c.采用陽極保護或陰極保護和隔離。

d.對于不同金屬組成的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免大陰極小陽極的危險連接；通常應(yīng)使陽極面積大于陰極面積。

9 結(jié)束語

隨著航空技術(shù)的發(fā)展，飛機腐蝕防護設(shè)計和控制技術(shù)發(fā)展很快，諸如防排水、緩蝕劑、腐蝕疲勞、濕裝配、無余量裝配、復(fù)合材料的防腐蝕設(shè)計等，本文所采用腐蝕防護和控制技術(shù)已在多個型號中應(yīng)用，效果良好。

參考文獻

[1]殷建新.飛機結(jié)構(gòu)腐蝕與使用壽命研究[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報，2005，6.