淺析航空電子設(shè)備腐蝕因素

張瑩穎，何衛(wèi)平

（結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 荊門(mén) 448035）

環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)與分析

淺析航空電子設(shè)備腐蝕因素

張瑩穎，何衛(wèi)平

（結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 荊門(mén) 448035）

對(duì)航空電子設(shè)備腐蝕因素進(jìn)行了分析，為腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和基礎(chǔ)。根據(jù)航空電子設(shè)備的腐蝕失效問(wèn)題、原防護(hù)體系類(lèi)型及服役環(huán)境特點(diǎn)，從多個(gè)角度來(lái)分析腐蝕因素，如外部介質(zhì)侵入、內(nèi)部液體泄漏、設(shè)備結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)等，詳細(xì)描述了各個(gè)因素對(duì)航空電子設(shè)備的腐蝕影響。由于使用環(huán)境惡劣等原因，腐蝕介質(zhì)會(huì)從多個(gè)途徑侵入到航空電子設(shè)備的內(nèi)部并嚴(yán)重影響其性能。為改善新設(shè)計(jì)或服役中航空電子設(shè)備的可靠性和可維修性，必須從根源上隔斷腐蝕源頭，無(wú)論是減輕環(huán)境的影響，還是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整性。

航空電子設(shè)備；腐蝕；服役環(huán)境

航空電子設(shè)備在其生產(chǎn)制造、貯存、使用的全壽命期內(nèi)都會(huì)經(jīng)受各種環(huán)境因素的作用，各種惡劣環(huán)境對(duì)其性能有嚴(yán)重影響，而其性能直接關(guān)系到飛機(jī)的使用性能、安全性和可靠性。因此，航空電子設(shè)備都必須保證環(huán)境適應(yīng)性，都要在一定環(huán)境條件下滿(mǎn)足其性能、可靠性、維修性、生存性、電磁兼容性、安全性和保障性等要求[1—4]。航空電子設(shè)備的腐蝕防護(hù)與控制是環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和實(shí)施的重要保證措施。

1　腐蝕因素分析

以上案例說(shuō)明，液體的侵入是一個(gè)重要的腐蝕因素，可以說(shuō)是根源性問(wèn)題。液體的侵入包括外部腐蝕環(huán)境引起的鹽霧、濕氣侵入，也包括內(nèi)部燃油、潤(rùn)滑油等液體介質(zhì)的泄漏等。液體侵入的途徑也是必須考慮的重要腐蝕因素，許多設(shè)計(jì)缺陷直接導(dǎo)致液體的侵入，如口蓋的密封失效、通風(fēng)口的換氣操作、空調(diào)系統(tǒng)的冷熱調(diào)節(jié)、設(shè)備吸潮材料的影響、各位置的積水等[5—13]。文中將從這幾個(gè)方面對(duì)航空電子設(shè)備腐蝕因素進(jìn)行分析。

2　外部腐蝕環(huán)境的影響

嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境并不只是作用在機(jī)體表面或結(jié)構(gòu)部位，同樣，鹽霧和濕氣會(huì)進(jìn)入到機(jī)體內(nèi)部的航空電子設(shè)備區(qū)，并因其特殊位置，很難檢查出已經(jīng)導(dǎo)入設(shè)備內(nèi)部的這些液體介質(zhì)。以下列舉了一些典型的腐蝕環(huán)境。

航母甲板上的維護(hù)作業(yè)，口蓋、雷達(dá)、艙門(mén)和設(shè)備區(qū)的頻繁打開(kāi)，海水氣氛直接影響到了航空電子設(shè)備的核心部位，且不易排出；飛機(jī)或航母排放的二氧化硫在空氣中形成硫酸，滲入設(shè)備中，加速了腐蝕。開(kāi)啟口蓋時(shí)使得頂部的凝露、雨水落到口蓋控制桿、控制面板、控制臺(tái)上，腐蝕航空電子設(shè)備內(nèi)部異種金屬連接部位，緊固件連接區(qū)。維護(hù)作業(yè)過(guò)程中，人為造成的惡劣環(huán)境也會(huì)對(duì)航空電子設(shè)備產(chǎn)生影響。附件的操作（焊接、噴涂和溶劑清洗）產(chǎn)生的煙和蒸氣均可能引發(fā)腐蝕。工作站的空調(diào)系統(tǒng)會(huì)持續(xù)地提供低溫，在工作站中，如果不控制濕度，濕氣冷卻后將會(huì)產(chǎn)生冷凝液。

飛機(jī)低空掠海飛行時(shí)處于高濃度鹽霧環(huán)境下，濕氣會(huì)滲入飛機(jī)中，極易導(dǎo)致電纜、電連接器、天線、雷達(dá)、控制開(kāi)關(guān)、焊接線和電搭接處等零件或部位產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題。直升機(jī)海上低空懸停時(shí)，旋翼?yè)P(yáng)起的水汽形成酸性鹽霧包裹著機(jī)身，大量的鹽霧甚至海水被卷入到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口中或機(jī)身縫隙中，超過(guò)機(jī)身自排水能力。直升機(jī)在執(zhí)行海上救援任務(wù)時(shí)，人員、設(shè)備、貨物附著的海水也會(huì)進(jìn)入機(jī)艙內(nèi)，這些腐蝕性極強(qiáng)的海水在飛機(jī)內(nèi)部流動(dòng)，最后積聚在機(jī)身底部，滲入機(jī)身底部天線系統(tǒng)或其他電子設(shè)備中。還有飛機(jī)停放階段的腐蝕環(huán)境，以及航空電子設(shè)備存儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)母g環(huán)境都是必須考慮的問(wèn)題。

3　內(nèi)部腐蝕液體介質(zhì)的影響

內(nèi)部液體介質(zhì)包括燃油、液壓油、潤(rùn)滑油、電子設(shè)備冷卻液、除冰液、各類(lèi)內(nèi)部水污染等。這些油脂類(lèi)介質(zhì)大多會(huì)對(duì)橡膠產(chǎn)生影響，許多操作性液體還會(huì)腐蝕操作設(shè)備的密封，

1）發(fā)動(dòng)機(jī)燃油。國(guó)內(nèi)常用的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油（如3號(hào)噴氣燃油）是一種石油蒸餾產(chǎn)物，主要添加了防止結(jié)冰、殺菌劑以及用于改良潤(rùn)滑的劑料，燃油具有較低的溶解力，會(huì)使某些橡膠膨脹變軟，以致失效。

2）液壓油。該液壓油是一種從合成烴中提取的防火合成液體介質(zhì)，它的存在會(huì)降低涂層的粘附性，這類(lèi)流體介質(zhì)的泄露可能會(huì)在電連接器的接觸偶間產(chǎn)生絕緣層，影響電器導(dǎo)通。

3）潤(rùn)滑油。合成航空潤(rùn)滑油（如國(guó)產(chǎn)長(zhǎng)城一坪生產(chǎn)的 4106號(hào)潤(rùn)滑油）是一種既可用在燃?xì)廨啓C(jī)（噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)），又可用在傳動(dòng)裝置上的酯類(lèi)油。這種全合成的油脂對(duì)合成橡膠和天然橡膠都有危害。

4）電子設(shè)備冷卻液。常用的電子設(shè)備冷卻液是一種硅酸鹽酯類(lèi)液體，用于冷卻高功率電子設(shè)備。只有異常穩(wěn)定的密封劑，如碳氟化合物密封劑、氟橡膠或聚硫橡膠才可以抵抗該冷卻液。在未完全排除濕氣的電子設(shè)備上使用該冷卻液會(huì)造成水污染，最終會(huì)使冷卻液患上“黑死病”，這種黑色泡沫狀產(chǎn)物會(huì)降低冷卻液的冷卻效果。

5）除冰液。屬于異丙醇（MH/T 6001—1995《民用航空飛機(jī)除冰/防冰液標(biāo)準(zhǔn)》）通常用于飛機(jī)的除冰系統(tǒng)中。這種材料基本上對(duì)所有的密封材料和機(jī)體結(jié)構(gòu)都是安全的，但會(huì)影響到電子專(zhuān)用清漆，這類(lèi)清漆廣泛地使用在各類(lèi)電子設(shè)備上。異丙醇具有很高的揮發(fā)速率，因此在局部冷卻中促進(jìn)了冷凝水的產(chǎn)生。

6）水污染。多種類(lèi)型的潮氣（水）會(huì)進(jìn)入機(jī)體或設(shè)備，通過(guò)如下途徑：雨水、行李架清潔的殘余液體，行駛中進(jìn)行沖洗操作濺出的水，以及乘客無(wú)意灑出的咖啡、飲料、茶水等；盥洗室內(nèi)濺出的尿液，尿液可能通過(guò)外部管道進(jìn)入波導(dǎo)、艙底天線或其他設(shè)備；在潮濕的海洋環(huán)境下，溫度降低造成的水氣凝結(jié)，非氣密部件中通常會(huì)因?yàn)檫@個(gè)現(xiàn)象而產(chǎn)生冷凝水；除濕泵內(nèi)的干燥劑失效，干燥劑吸收空氣中的濕氣直至飽和，溫度上升時(shí)會(huì)使干燥劑中的水分散出，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部濕氣的產(chǎn)生。所有侵入的水分會(huì)在低點(diǎn)形成水洼，腐蝕無(wú)保護(hù)的異種金屬連接，影響電連接器的絕緣。

4　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的腐蝕薄弱環(huán)節(jié)

1）口蓋與襯墊間的縫隙。一架固定翼飛機(jī)有超過(guò)200個(gè)可拆卸的面板，為了密封，在口蓋和機(jī)身間一般配有固定的襯墊。測(cè)試中完好的密封效果卻不能保證隨著使用過(guò)程一直有效。這些都是潮氣或液體侵入的有效途徑。

2）機(jī)身?yè)闲宰冃螀^(qū)。飛行高度的大范圍變化會(huì)造成飛行載荷、氣壓和溫度的循環(huán)變化，引起密封退化問(wèn)題?，F(xiàn)代飛機(jī)為滿(mǎn)足高性能，作用在機(jī)身的大載荷會(huì)引起撓性變形。不論高速固定翼飛機(jī)或是高載荷直升機(jī)，撓性變形都會(huì)使得口蓋、面板、接縫和蒙皮搭接處的密封變差甚至失效。不僅是飛行載荷有可能使密封失效，甚至牽引或是短距離滑行都有可能造成口蓋滲水。

3）通風(fēng)口、管道和機(jī)身壓力傳感器。機(jī)身蒙皮上有多種功能孔，用于通風(fēng)或安裝設(shè)備。機(jī)身壓力傳感器需要將外界大氣引入內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，空氣進(jìn)入機(jī)體時(shí)會(huì)引入相當(dāng)比例的水分和潮氣，需要進(jìn)行分離或濃縮。通風(fēng)口和管道在非操作周期都是打開(kāi)的，這樣外部的水分就會(huì)凝結(jié)在內(nèi)，流入機(jī)體。

4）雷達(dá)天線罩。由于鉸鏈和門(mén)閂之間的距離非常長(zhǎng)，因此要保持機(jī)鼻處巨大的雷達(dá)天線罩的密封非常困難，維護(hù)時(shí)需要多次開(kāi)合雷達(dá)罩也會(huì)對(duì)密封造成損害，雷達(dá)天線艙段內(nèi)的濕氣會(huì)隨著溫度變化而形成冷凝液，加上密封困難造成的水氣侵入，大部分飛行器在每次雷達(dá)罩開(kāi)啟后都需要額外的維護(hù)。特別是暴露于高鹽分環(huán)境下，設(shè)備表面上會(huì)附著大量的鹽霧[14]。

5）開(kāi)啟的舷窗或艙門(mén)。不管是在飛行還是在停放時(shí)，都經(jīng)常需要開(kāi)啟直升機(jī)的舷窗或艙門(mén)，因而直升機(jī)的艙段特別容易受液體侵入。在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，比如搜救任務(wù)，為保證工作人員的良好視線，通常會(huì)開(kāi)啟舷窗或艙門(mén)，而含鹽的水會(huì)流入艙底和底部的天線及設(shè)備。直升機(jī)夜間飛行時(shí)駕駛員通常將側(cè)窗打開(kāi)以得知是否在側(cè)滑，由于活動(dòng)的（非密封）舷窗頻繁打開(kāi)或關(guān)閉的時(shí)候有漏洞，因此窗邊的任何設(shè)備都有可能遭受水氣侵入。日常維護(hù)中，機(jī)艙用淡水沖洗也導(dǎo)致了水分的侵入。有份工程調(diào)查報(bào)告說(shuō)明有些直升機(jī)艙底積聚約 30 cm深的水，這一類(lèi)型的直升機(jī)明顯沒(méi)有在艙底設(shè)置排水口的設(shè)計(jì)。

6）鎂合金雷達(dá)部件。出于減重的需要，可能在飛機(jī)上使用鎂制部件。據(jù)記錄，海軍飛機(jī)使用鎂在不同部件上的應(yīng)用已有多年。一般來(lái)說(shuō)，這種設(shè)計(jì)是有缺陷的，因?yàn)殒V的性質(zhì)在海洋環(huán)境下非?；顫姡ú荒透g）。

5　設(shè)備設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)

侵入機(jī)體的液體不會(huì)立即從附近排水孔排出而脫離飛機(jī)，反而，這些液體會(huì)順著線束、液壓管道、操縱鋼索和波導(dǎo)管流動(dòng)。除了重力會(huì)使水流動(dòng)之外，飛行時(shí)的機(jī)動(dòng)、彈射和剎車(chē)會(huì)使液體順著各種管道運(yùn)動(dòng)。在某些情況，液體甚至可以因?yàn)槊?xì)作用往上走。多種侵入方式的組合，還有液體會(huì)隨著溫度氣壓等的變化蒸發(fā)、冷凝，使得水或其他液體存在于多個(gè)系統(tǒng)及部件中。

機(jī)箱緊固件區(qū)域，液體會(huì)積聚在設(shè)備的頂部或是水平表面，上蓋板緊固件周?chē)穆耦^孔或凹陷都可導(dǎo)致濕氣侵入。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)備頂部的緊固件孔都有可能成為液體的侵入點(diǎn)。緊固件孔是在表面陽(yáng)極化或化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理后再加工，孔周?chē)鷺O易遭受腐蝕，最終將會(huì)導(dǎo)致緊固件區(qū)域的滲漏。

樹(shù)脂墊圈用于常拆裝的部件的維護(hù)，定期維護(hù)時(shí)的人為損害，因尺寸變化和各種液體、高溫、臭氧等因素侵害造成的退化，共同作用降低了墊圈的密封性能。氣壓和溫度的變化，使得墊圈產(chǎn)生呼吸效應(yīng)，潮氣和液體借機(jī)侵入機(jī)箱內(nèi)部。緊固件間距以及配套部件的硬度都會(huì)影響墊圈的密封效果。

現(xiàn)場(chǎng)成形的密封存在多種潛在的問(wèn)題。普遍的問(wèn)題是在成形時(shí)，密封太薄而彈性不足；或墊圈有空腔；或局部附著力太差而造成密封性不足。對(duì)于人工制作的密封，質(zhì)量的穩(wěn)定性是一個(gè)固有問(wèn)題。設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)成形密封時(shí)要考慮方便可達(dá)性要求和工作尺寸。

以下討論三種典型電連接器的薄弱環(huán)節(jié)：多孔、同軸和電路板安裝的電連接器。電連接器失效是航空電子設(shè)備故障的主要根源之一[15]。

1）多孔連接器。首先，接觸偶換位，更換電連接器內(nèi)的插針容易造成后殼的密封不良。另外，尾部線束易擠壓損傷。出于空間限制和減重要求，線束都比較短，并且在尾部附件上捆扎的彎曲半徑小，這樣不僅導(dǎo)致維修困難，且很小的彎曲半徑使得線束對(duì)尾部附件產(chǎn)生擠壓力，在振動(dòng)和飛行載荷情況下，破壞了電連接器的尾部襯墊或密封。同時(shí)，擠壓和小彎曲半徑的共同作用下，使得線束絕緣破壞（破裂、分層、外層剝離等）。大多數(shù)飛機(jī)的線束問(wèn)題都發(fā)生在進(jìn)電連接器前的一小段，由于余量太小導(dǎo)致很難維修。

2）同軸連接器。相對(duì)多孔連接器，同軸連接器在海洋環(huán)境下并不需要經(jīng)常維護(hù)。一般同軸連接器用于連接刀型天線，刀型天線一般安裝在機(jī)腹，其90%的更換原因是因?yàn)楦g引起的信號(hào)衰減，水容易在天線部位聚集造成天線同軸連接器腐蝕。通常，艙底天線安裝部位不便維護(hù)，因此必須在天線和機(jī)身結(jié)合面做好密封預(yù)防，但完全做好內(nèi)部密封也是極困難的。

3）印制板邊緣連接器。印制板水平安裝容易堆積灰塵、殘?jiān)龋怪卑惭b能極大地降低此類(lèi)問(wèn)題（同時(shí)允許更好冷卻）。潮氣和吸潮的碎屑會(huì)在印制板頂部和底部邊緣聚集，其邊緣連接器會(huì)很大程度上受到腐蝕的影響。有很多案例表明，因?yàn)闄C(jī)架排水不暢，印制板底部邊緣和邊緣連接器會(huì)浸在水里。

6　結(jié)論

腐蝕及其環(huán)境條件是對(duì)航空電子設(shè)備造成負(fù)面影響的一種自然現(xiàn)象，為了有效地針對(duì)腐蝕進(jìn)行防護(hù)和控制，使其降到可控的程序，必須從各方面去了解腐蝕的來(lái)源，設(shè)備失效的機(jī)理，如此才能選取正確的設(shè)計(jì)方法以及維護(hù)程序。綜上所述，設(shè)計(jì)必須基于以下假定：液體將會(huì)存在于任何無(wú)涂層的金屬表面；電解液將會(huì)存在任何異種金屬電偶對(duì)之間；水會(huì)積聚在所有低點(diǎn)區(qū)域；液體將會(huì)通過(guò)一些管道如電線束，波導(dǎo)管、控制桿或液壓管路到達(dá)設(shè)備內(nèi)部；非氣密機(jī)箱將會(huì)出現(xiàn)呼吸效應(yīng)；電路板、連接器等元器件周?chē)追e聚水霧、灰塵、雜質(zhì)等。

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Brief Analysis of Avionics Corrosion Factors

ZHANG Ying-ying, HE Wei-ping
(Structural Corrosion Prevention and Control, Key Laboratory of Aerospace Technology, Jingmen 448035, China)

To analyze the corrosion factors of avionics and provide basis and foundation for corrosion protection design. According to corrosion failures, original protecting system type and service environmental features of avionics, corrosion factors were analyzed from many ways such as attacks of external airframe medium, leakage of interior airframe fluids or vulnerabilities of equipment structure. And then the influence of the above corrosion factors on avionics were described in details. Due to the bad operation environment and other reasons, corrosion fluids would attack the avionics from many ways and seriously affect its performance. To improve reliability and maintainability of new design and in-service avionics, root of corrosion must be isolated, either to reduce the environmental impact or to strengthen the integrity of the structure design.

avionics; corrosion; service environment

2016-05-29；Revised：2016-06-08

10.7643/ issn.1672-9242.2016.05.029

TJ85；TG172

A

1672-9242(2016)05-0176-04

2016-05-29；

2016-06-08

張瑩穎（1984—），女，湖北麻城人，工程師，主要研究方向?yàn)楦g防護(hù)與控制工程。

Biography：ZHANG Ying-ying（1984—）， Male， from Macheng， Hubei， Engineer， Research focus: corrosion protection and control engineering.