波音787飛機(jī)駕駛艙風(fēng)擋玻璃外層破裂研究

張永勝

摘要：全球波音787飛機(jī)機(jī)隊(duì)多次發(fā)生飛行階段駕駛艙風(fēng)擋玻j離外層破裂故障，已造成多起返航或者備降的不安全事件。本文對(duì)風(fēng)擋結(jié)構(gòu)與玻璃破裂原因進(jìn)行分析，并提出了預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：波音787;駕駛艙風(fēng)擋玻璃：破裂

0引言

波音787飛機(jī)上使用的是PPG公司生產(chǎn)的駕駛艙風(fēng)擋玻璃，包含1號(hào)、2號(hào)左右各兩塊風(fēng)擋。近年來(lái)，隨著波音787飛機(jī)投入運(yùn)營(yíng)，報(bào)告的駕駛艙風(fēng)擋玻璃破裂數(shù)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，并且主要集中在1號(hào)風(fēng)擋玻璃外層。

2017年在波音論壇Fleet IdeaXchange上發(fā)起過(guò)此問(wèn)題的討論，收到了國(guó)外多個(gè)營(yíng)運(yùn)人的反饋，結(jié)合波音報(bào)告匯總統(tǒng)計(jì)，自波音787投入運(yùn)行以來(lái)，約發(fā)生了50余起1號(hào)風(fēng)擋玻璃外層破裂事件，并且由于大部分索賠被波音公司拒絕，各營(yíng)運(yùn)人承受了較大的經(jīng)濟(jì)損失。波音對(duì)截至2017年2月駕駛艙風(fēng)擋玻璃破裂原因進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，大部分外層玻璃的破裂發(fā)生在12000-18000飛行小時(shí)，主要原因是由隆起封嚴(yán)失效導(dǎo)致。

1駕駛艙1號(hào)風(fēng)擋結(jié)構(gòu)

波音787飛機(jī)駕駛艙1號(hào)風(fēng)擋由三層組成：中間層與內(nèi)層（MAINPLY）是丙烯酸塑料材質(zhì)的結(jié)構(gòu)層，最外層（FACEPLY）是玻璃材質(zhì)的非結(jié)構(gòu)層，外層與中間層敷設(shè)有防冰加熱膜（ ANTI-ICEINTERLAYER）;中間層和內(nèi)層敷設(shè)有除霧加熱膜（DE-FOG INTERLAYER），如圖1所示。這種設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)就是重量輕，具有燃油經(jīng)濟(jì)性，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)可靠性低。

在最外層玻璃與風(fēng)擋結(jié)構(gòu)框架之間有一圈隆起封嚴(yán)（HUMP SEAL），主要作用是阻止潮氣侵入夾層的加熱膜中，防止引起匯流條電弧而使風(fēng)擋外層玻璃破裂。

風(fēng)擋的設(shè)計(jì)原則是破損安全設(shè)計(jì)，中間層與內(nèi)層為結(jié)構(gòu)受力層，外層是非結(jié)構(gòu)層。飛機(jī)運(yùn)行中，非結(jié)構(gòu)層發(fā)生破裂時(shí)風(fēng)擋仍然具備完整結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;而當(dāng)任何一個(gè)結(jié)構(gòu)層破裂失效時(shí)，都將由另一個(gè)結(jié)構(gòu)層承受載荷。駕駛艙風(fēng)擋強(qiáng)度設(shè)計(jì)裕度為：任何一個(gè)結(jié)構(gòu)層發(fā)生破裂失效時(shí)，另一結(jié)構(gòu)層最大可承受22psi的壓力，并最多持續(xù)6小時(shí)。

1號(hào)風(fēng)擋的設(shè)計(jì)曾歷經(jīng)幾次重要改變，件號(hào)不同意味著構(gòu)型不同，見(jiàn)表1。

2駕駛艙2號(hào)風(fēng)擋結(jié)構(gòu)

波音787駕駛艙2號(hào)風(fēng)擋與1號(hào)風(fēng)擋結(jié)構(gòu)相同，如圖2所示，區(qū)別是在層與層之間的加熱膜（INTERLAYER）上：2號(hào)風(fēng)擋外層與中間層之間沒(méi)有防冰匯流條（ANTI-ICE BUSBAR），只在中間層與內(nèi)層間有除霧匯流條（DE-FOGBUSBAR），如圖3所示。所以，2號(hào)風(fēng)擋的加熱功率遠(yuǎn)小于1號(hào)風(fēng)擋。

3風(fēng)擋外層玻璃破裂的原因分析

在飛機(jī)飛行過(guò)程中，受增壓載荷作用，風(fēng)擋外層玻璃主要承受拉伸載荷，增壓變形大。外層玻璃破裂后會(huì)形成網(wǎng)格狀，如圖4所示。

對(duì)多起波音787風(fēng)擋玻璃外層破裂故障進(jìn)行分析，得出風(fēng)擋破裂的突出誘因是潮氣入侵。潮氣入侵是一個(gè)緩慢的過(guò)程，是玻璃破裂的一個(gè)充分條件。

隆起封嚴(yán)是阻止潮氣入侵的最主要屏障，在飛機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)破損失效，潮氣可以入侵到玻璃夾層，匯流條通電加熱后產(chǎn)生電弧，最終導(dǎo)致玻璃破裂。其中，常見(jiàn)的隆起封嚴(yán)失效形式包括裂紋、脫膠、風(fēng)蝕等。

由于1號(hào)風(fēng)擋存在防冰匯流條，加熱功率比2號(hào)風(fēng)擋大，因此其對(duì)潮氣入侵的影響也更加敏感。因此，迄今為止都是1號(hào)風(fēng)擋玻璃外層有破裂現(xiàn)象，在世界機(jī)隊(duì)中還未曾報(bào)告過(guò)2號(hào)風(fēng)擋的同類故障。

由于波音MRBR是基于MSG-3（Rev2）分析的，因此并未給出風(fēng)擋定期檢查要求。近40年來(lái)，盡管多家航空公司曾要求將波音機(jī)型風(fēng)擋玻璃的檢查要求加入MRBR或者M(jìn)PD中，但最終仍然未被工業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)（ISC）采納。這主要是由于工業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)考慮到風(fēng)擋運(yùn)營(yíng)環(huán)境多樣化，運(yùn)營(yíng)中的拆換原因也多種多樣，因此未將風(fēng)擋的定期維護(hù)任務(wù)加入MRBR或者M(jìn)PD中。但是這樣的做法，導(dǎo)致航空公司沒(méi)有主動(dòng)檢查風(fēng)擋的意識(shí)和措施。對(duì)于波音787飛機(jī)而言，隆起封嚴(yán)的破損是一個(gè)逐漸發(fā)展的過(guò)程。受航線檢查時(shí)接近條件所限，當(dāng)封嚴(yán)出現(xiàn)破損時(shí)機(jī)務(wù)人員很難在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而封嚴(yán)破損會(huì)加劇至成段的脫膠或者斷裂，直到機(jī)組飛行中聽(tīng)到封嚴(yán)擊打風(fēng)擋周邊的噪聲后才會(huì)向機(jī)務(wù)人員報(bào)告，此時(shí)潮氣很可能已經(jīng)入侵到風(fēng)擋夾層中，并且這種潮氣入侵無(wú)法通過(guò)加熱或者自然蒸發(fā)等手段去除，積累到一定程度，在匯流條通電后最終導(dǎo)致玻璃破裂。

此外，由于波音787風(fēng)擋尺寸大，增壓變形大，受到雨刮器或者其他外來(lái)物磨損、撞擊時(shí)的表現(xiàn)更為敏感，出現(xiàn)的裂紋、劃痕等損傷發(fā)展也更加迅速。由于沒(méi)有定期的檢查要求，造成了風(fēng)擋早期出現(xiàn)的損傷不能被及時(shí)處理修復(fù)，留下了風(fēng)擋破裂導(dǎo)致飛機(jī)AOG的隱患。

4預(yù)防措施

由于潮氣入侵的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致風(fēng)擋玻璃破裂，因此應(yīng)該想辦法延緩潮氣入侵的過(guò)程，才能夠有效提高風(fēng)擋的使用壽命以及可靠性。潮氣入侵本身并不是缺陷，且在風(fēng)擋的使用過(guò)程中是不可避免的，只有潮氣入侵積累到一定程度，直觀上導(dǎo)致了玻璃分層，銀色匯流條變色或者局部過(guò)熱產(chǎn)生的小氣泡才是缺陷，需要航空公司采取措施以免影響未來(lái)航線運(yùn)行的破裂隱患。

航空公司應(yīng)該將駕駛艙1號(hào)和2號(hào)風(fēng)擋的定期檢查項(xiàng)目加入到各自的維修方案中，建議在每個(gè)A檢進(jìn)行相應(yīng)的檢查修復(fù)，這樣可以延緩潮氣入侵的過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)擋的損傷，避免風(fēng)擋破裂。檢查的重點(diǎn)應(yīng)該集中在隆起封嚴(yán)、匯流條端頭的氣泡、匯流條的變色以及潮氣入侵上。其中，隆起封嚴(yán)的檢查不能完全依賴目視，必要時(shí)檢查者需用手指撥動(dòng)封嚴(yán)以判斷是否存在脫膠損傷。對(duì)于發(fā)現(xiàn)的任何損傷，嚴(yán)格按照AMM或者廠家建議進(jìn)行處理。

近兩年，海航航空技術(shù)股份有限公司自建立風(fēng)擋定期檢查項(xiàng)目以來(lái)，再未出現(xiàn)過(guò)外層玻璃破裂故障，風(fēng)擋可靠性高于世界機(jī)隊(duì)平均水平。

結(jié)合使用經(jīng)驗(yàn)以及廠家建議，在風(fēng)擋日常維護(hù)良好的前提下，5～6年以上壽命的風(fēng)擋容易出現(xiàn)明顯的潮氣入侵，7～8年壽命的風(fēng)擋應(yīng)該視情主動(dòng)更換。每種機(jī)型的風(fēng)擋都有使用壽命，但在目前的技術(shù)文件中并沒(méi)有明確體現(xiàn)，以往都是發(fā)現(xiàn)故障進(jìn)行被動(dòng)更換，可能造成事故征候或者不安全事件，這就要求工程師對(duì)駕駛艙風(fēng)擋玻璃進(jìn)行分梯度、分層次的關(guān)注并及時(shí)決策，做到故障早識(shí)別，早處理，不留隱患。

索賠方面，為了最大程度挽回航空公司的經(jīng)濟(jì)損失，根據(jù)以往風(fēng)擋索賠成功的經(jīng)驗(yàn)：對(duì)于風(fēng)擋未破裂的情況，如果是潮氣入侵導(dǎo)致了玻璃分層，是可以索賠的;對(duì)于風(fēng)擋已經(jīng)破裂的情況，如果風(fēng)擋破裂前有過(guò)隆起封嚴(yán)多次脫膠損傷的證據(jù)，也是可以索賠的。

5結(jié)論

為了提高波音787飛機(jī)駕駛艙風(fēng)擋玻璃可靠性，航空公司應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況在維修方案中建立定期檢查維護(hù)要求，并對(duì)風(fēng)擋實(shí)際狀態(tài)長(zhǎng)期監(jiān)控，避免飛機(jī)在航線運(yùn)行中出現(xiàn)風(fēng)擋破裂情況。

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