教練機口蓋防水設計

陳里根，鄧承佯，張改華，徐環(huán)宇，余志明

（中航工業(yè)洪都，江西 南昌330024）

0 引 言

根據(jù)國內(nèi)外教練機發(fā)展的趨勢和市場的需求，勢必面對更加復雜多樣的使用環(huán)境，因此飛機除了要求能在晝間和夜間、一般和復雜氣象條件下執(zhí)行訓練任務，同時也要能在高溫、寒冷、濕熱、鹽霧、沙塵、雨雪等惡劣條件下正常存放和使用。這就對飛機結(jié)構(gòu)的防水提出了更高要求。

口蓋作為飛機主要的裝配通道及維修通道，是飛機機體不可或缺的重要部件。然而，口蓋也是飛機防水最關鍵和最難的部位。飛機在使用過程中表面會不斷沉積冷凝水，尤其在雨天和清洗時，雨水或清洗液會沿著飛機表面往下流，一旦口蓋密封性不好，這些液體就會通過口蓋邊緣流入機體內(nèi)部，對飛機的飛行安全造成隱患，日積月累還會造成結(jié)構(gòu)腐蝕，影響飛機壽命。因此，有必要對口蓋結(jié)構(gòu)采取相應的密封措施，確?？谏w的防水要求。

目前，針對口蓋防水問題，已經(jīng)提出了一系列切實有效的方式來滿足這些要求[1]，例如密封膠現(xiàn)場硫化和裝配過程中涂密封膠等方法都較好地滿足了飛機口蓋的防水要求，但是這些方法均只適用于特定的結(jié)構(gòu)，并沒有普遍性。本文針對某型教練機，提出了一套完整可靠的口蓋防水設計方案。

1 口蓋防水設計

1.1 口蓋類型

根據(jù)口蓋與口框的連接形式及拆裝頻度的不同，可分為A類、B類和C類三種口蓋[2]，其主要特點如下：

1）A類為不用工具可拆卸的口蓋，打開或關閉時間小于1min，此類口蓋主要為拆裝頻度較高的加注、檢查口蓋，與口框的連接形式一般為合頁+按鈕快卸鎖，維護性很好。此類口蓋為不受力口蓋，由于口蓋與口框搭接量小，口蓋剛度差，很難做到完全防水。

2）B類為用工具可拆卸的口蓋，打開或關閉時間在1min至10min，此類口蓋為需經(jīng)常拆裝維護的設備艙口蓋，與口框的連接形式一般為四周快卸鎖或三邊快卸鎖+合頁，但由于快卸鎖上下鎖體配合關系，口蓋與口框之間的固有間隙一般會采用密封介質(zhì)填充密封，故有一定的密封性能。

3）C類為不常拆的口蓋，打開或關閉時間取決于口蓋上的螺釘數(shù)量，此類口蓋采用螺釘和托板螺母與機體結(jié)構(gòu)相連，連接點較多，一般會采用一定的密封材料進行密封，故其密封性較容易得到保證。

1.2 口蓋位置優(yōu)化設計

口蓋的分布位置對于其防水性能非常重要，因而在滿足設計要求的前提下，應盡可能通過合理布置口蓋位置 （盡可能布置在飛機外形最大截面以下部位）來提高口蓋防水性能或有利于口蓋的防水設計。

1）A類口蓋拆裝頻度高，口蓋面積小、防水性能差，所以應將該類口蓋盡可能布置在機翼下表面或機身腹部（見圖1a），以降低此類口蓋漏水的可能性。

2）B類口蓋大多為開口面積較大的維護口蓋，通常分布于整個飛機機身，受結(jié)構(gòu)空間限制，無法僅通過合理的口蓋位置布置來實現(xiàn)口蓋的防水要求，設計時應盡可能布置在機身最大截面以下來確?？谏w的防水要求（見圖1b）。

3）C類口蓋大多面積較小，且不需要經(jīng)常維護，但通常分布于整個飛機機身，無法僅通過合理的口蓋位置布置來提高口蓋的防水性能，需考慮其它措施進行防水（見圖1c）。

1.3 常用口蓋連接件設計

口蓋一般用合頁、快卸鎖、螺釘?shù)冉Y(jié)構(gòu)件固定在口框上，考慮防水要求，位于飛機外形最大截面以上部位的口蓋應盡可能選用防水快卸鎖和密封托板螺母等具有防水性能的連接件，并采取防水措施確保合頁達到防水要求。

1）A類口蓋與口框的連接形式一般為合頁+按鈕快卸鎖，維護性很好，但防水性能較差。為保證口蓋防水，口蓋選用防水按鈕快卸鎖（如圖2a所示）。而對于合頁，當口框上空間允許時，可以在口框上做出下陷，使合頁縫隙位于口框下陷防水槽內(nèi)，阻擋雨水通過合頁間隙向口蓋內(nèi)滲入來保證合頁的防水 （見圖2b）。

圖1 口蓋結(jié)構(gòu)位置優(yōu)化設計

圖2 A類口蓋連接件防水設計

2）B類口蓋與口框的連接形式一般為四周快卸鎖或三邊快卸鎖+合頁，目前機體結(jié)構(gòu)采用的承力快卸鎖主要有兩種，第一種是改進了的適合大曲率表面的快卸鎖（如圖3a），第二種是一款具有防水功能的小型承力快卸鎖（如圖3b）。

大曲率快卸鎖防雨性能較弱，需增加π形密封橡皮條，以確保密封。而小型承力快卸鎖具有較好的防水性能，但該鎖僅適用于曲率較小口蓋的連接。

對于有合頁的B類口蓋，通過采用在合頁處增加擋水片，進行口蓋合頁防水（見圖3c）。

圖3 B類口蓋連接件防水設計

3）C類口蓋一般采用螺釘+托板螺母與機體結(jié)構(gòu)相連，連接點較多。一般區(qū)域的口蓋可利用托板螺母與螺釘間的螺紋進行密封，對于需要重點防水密封的口蓋，則需采用密封托板螺母來保證口蓋的防水性能。

1.4 常用口蓋與機體密封設計

1.4.1 常見密封方式

口蓋與口框間的間隙是導致口蓋進水的主要原因，因此，需要選用密封介質(zhì)[3]來填充口蓋與口框間的間隙來實現(xiàn)防水目的。然而由于間隙的大小和類型取決于口蓋類型，因而對于不同類型的口蓋，應當選用合適的密封介質(zhì)。

1）A類口蓋與口框間的密封主要通過粘貼聚四氟乙烯膨化帶或密封橡皮條兩種方式進行密封。但由于口蓋剛度差，快卸鎖鎖緊力較小，導致密封條壓縮量小，密封效果差，很難做到完全防水（如圖4a）。

2）B類口蓋與口框間的密封按照使用的快卸鎖不同，選用不同的密封墊。大曲率快卸鎖選用一種π形密封橡膠條進行密封，而小型承力快卸鎖則選用聚四氟乙烯密封帶或海綿橡膠墊進行密封。

π形密封橡皮條在快卸鎖處開孔并用膠+鉚接的方式固定在口蓋上，密封性能一般（如圖3a）。小型承力快卸鎖由于口蓋與口框間隙較小可以采用聚四氟乙烯密封帶或海綿橡膠墊進行密封，密封性較好（如圖4b）。

3）C類口蓋由于口蓋與口框連接點多，口蓋與口框可以對密封材料施加較大的壓緊力，保證密封帶壓縮量，故口蓋的密封性較好。此類口蓋一般采用密封橡膠墊或聚四氟乙烯密封帶實現(xiàn)密封（見圖4c）。

圖4 口蓋連接件防水設計

1.4.2 硫化密封

除了采用密封橡膠墊、海綿橡膠墊和聚四氟乙烯密封帶進行口蓋密封外，目前比較常用的密封方法是采用一種聚硫密封劑[4]，通過現(xiàn)場硫化的方式，在口蓋與口框間形成致密的硫化橡膠膜，從而起到阻擋水流進入的作用（見圖5）。聚硫密封劑填充性能較好，能消除口蓋與口框之間的縫隙，有較好的防水效果。

圖5 口蓋硫化密封

進行硫化密封[5]前，口蓋應修配到位，保證壓合前、后口蓋的凸出和凹進量均在圖紙規(guī)定的理論外緣公差之內(nèi)。同時確保采用硫化密封的所有口蓋與密封膠膜應緊密貼合，并保證密封膠膜有0.1mm以上的壓縮量；口框上的密封膠膜應光滑平整，不允許存在貫穿膠膜寬度方向的槽梗等起伏不平缺陷。當密封膠表面存在不允許的缺陷時，要切去存在缺陷部分的密封膠重新密封。

而對于實際工藝生產(chǎn)，可以允許有部分不影響密封性能的缺陷存在：

1）對于壓合的密封膠表面則可以允許存在尺寸1mm以下的數(shù)量不限的微小氣泡、直徑3mm以下分散在整個表面上總面積不超過10%的蜂窩和寬度2mm以下不超出艙口蓋外緣范圍的槽三種缺陷。

2）密封膠表面則可以允許在口蓋的螺栓孔周圍，有不超出艙口蓋周邊的微小凹溝等缺陷。

3）卸下艙口蓋清理毛邊之后，則可以允許托板螺母孔和快卸口蓋鎖中有密封膠痕 （但不影響鎖和螺釘?shù)墓ぷ鳎┑热毕荩i槽內(nèi)不能有膠塊。

1.5 緊固件防水設計

緊固件（螺栓、螺釘、鉚釘?shù)龋┩瑯有枰扇”匾拿芊夥绞絹泶_保防水性能。一般是采用涂刷法或噴涂法將稀釋的密封膠涂抹在鉚釘頭、抽釘頭和螺栓頭周圍來進行密封。此外，螺栓連接還可以采用孔內(nèi)涂密封膠、頭尾部涂密封膠、過盈配合及密封托板螺母等方式進行密封。

位于機體結(jié)構(gòu)最大截面以上部位表面的鉚釘、抽釘及螺栓連接件則應采用沾密封膠或底漆的濕連接方式，并在內(nèi)表面一側(cè)刷涂密封膠進行表面密封。

連接口蓋的托板螺母、密封快卸鎖安裝時應在托板螺母、密封快卸鎖與機體結(jié)構(gòu)間涂密封膠填充與結(jié)構(gòu)間的間隙，保證密封。

2 結(jié) 語

口蓋結(jié)構(gòu)是飛機的重要結(jié)構(gòu)部件，其密封防水性能直接影響飛機的飛行安全和使用壽命。通過對不同類型口蓋設計合理的位置、選用合適的密封介質(zhì)和方式來確保其密封性，并對口蓋與機體的連接件和緊固件進行防水密封設計，經(jīng)過大量的試驗驗證，該方案能夠滿足口蓋結(jié)構(gòu)的防水要求。同時，可為同類航空產(chǎn)品防水密封結(jié)構(gòu)設計問題提供參考。

[1]周為;李宏偉.航空防腐涂料的研究進展 [J].湖南農(nóng)機，2010，(5).

[2]王寶忠.飛機設計手冊第十冊 [M].航空工業(yè)出版社，2000.

[3]王紅.航空橡膠密封制品泄漏因素及預防措施[J].中國民航飛行學院學報，2012，(3).

[4]劉強;張峰;何欣;等航天光學遙感器用XM-23密封劑的微應力使用工藝研究[J].紅外，2012，(7).

[5]A.S.Farid;于冰.密封用丁腈橡膠的配方設計和硫化特性[J].橡膠參考資料，1994，(9).