飛機(jī)氣密艙蒙皮組件局部氣密檢查方法

黨 武，趙安安，史建猛

(航空工業(yè)西飛， 西安 710089)

飛機(jī)氣密艙的氣密性是保證乘員安全的必須條件，在飛機(jī)制造過程中，氣密艙的氣密檢查是整機(jī)性能的重點(diǎn)檢查試驗(yàn)項(xiàng)目之一[1-2]。常規(guī)的氣密檢查要求進(jìn)行氣密艙整體氣密試驗(yàn)，采用的方法是對氣密艙進(jìn)行整體充氣，通過測量保壓一定時(shí)間后的壓降值或單位時(shí)間內(nèi)的空氣泄漏量來判斷氣密艙的氣密性。這種方法對充氣設(shè)備要求較高，并且一般的充氣設(shè)備無法滿足大飛機(jī)充氣量的需求。另外，在飛機(jī)使用過程中，氣密結(jié)構(gòu)由于損壞原因修復(fù)后，需對氣密艙的氣密狀況進(jìn)行檢查。當(dāng)外場的氣密檢查設(shè)備無法達(dá)到常規(guī)的氣密艙整體氣密檢查條件時(shí)，研究開發(fā)一種簡便的局部氣密檢查方法就顯得尤為必要。

氣密艙的外部殼體、操縱系統(tǒng)鋼索/拉桿、可開啟的門/窗/口蓋等都是影響飛機(jī)氣密性的重要部位，氣密艙整體氣密試驗(yàn)時(shí)蒙皮組件的漏氣現(xiàn)象并不明顯[3-4]?，F(xiàn)有關(guān)于飛機(jī)氣密艙的研究，多集中在氣密艙的設(shè)計(jì)方面，如許建設(shè)等人研究了基于Y8貨運(yùn)飛機(jī)的氣密套艙，提供一種基于Y8貨運(yùn)飛機(jī)的氣密套艙，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠，氣密性良好，增加非氣密Y8貨運(yùn)飛機(jī)的氣密艙容積[5]。劉偉等[6]針對飛機(jī)艙門的結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行了研究，分析了艙門密封結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封性能的影響。徐錦錦[7]從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化角度研究了飛機(jī)起落架艙門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣密性。但由于蒙皮組件面積大，漏氣量對氣密試驗(yàn)結(jié)果會產(chǎn)生較大的影響，有些蒙皮組件在設(shè)計(jì)上還要求進(jìn)行密封連接。當(dāng)需要對蒙皮組件局部的氣密性進(jìn)行檢查時(shí)(如蒙皮組件修理后、蒙皮組件漏點(diǎn)排查等)，目前還沒有成熟的、便捷的檢查方法和檢查標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文研究蒙皮組件的局部氣密檢查方法，并通過試驗(yàn)研究所提方法在應(yīng)用過程中，環(huán)境因素對氣密性檢查結(jié)果的影響。

1 氣密艙蒙皮組件局部氣密檢查方法

蒙皮組件漏氣可能存在于鉚釘、連接螺栓、蒙皮搭接等區(qū)域，其施工質(zhì)量(如制孔和連接質(zhì)量)和密封處理(如涂膠質(zhì)量)是決定蒙皮組件密封性的主要因素[8-9]。本文局部氣密檢查方法研究的總體思路為：在蒙皮外表面制真空袋，通過抽真空設(shè)備對真空袋抽真空，保壓一定時(shí)間后，檢測真空袋的氣壓變化情況(真空值)，從而判斷真空袋覆蓋區(qū)域的蒙皮氣密情況。

1.1 局部氣密檢查步驟設(shè)計(jì)

與對氣密艙充氣的常規(guī)氣密檢查方法原理相同，均是使氣密艙內(nèi)外形成壓差，利用氣壓高的一側(cè)的空氣會通過漏點(diǎn)向氣壓低的一側(cè)流動(dòng)的特性，檢測封閉側(cè)的氣壓變化情況來判斷氣密艙的密封性能[10-11]。局部氣密檢查可按下列步驟進(jìn)行：

1) 對修理區(qū)域蒙皮組件的真空袋進(jìn)行布置。真空袋的尺寸大小，以及其形狀是由修理區(qū)蒙皮組件的形狀和抽真空設(shè)備的能力決定。這時(shí)，可以制定出多個(gè)真空袋分區(qū)域檢查。所有真空袋區(qū)域疊加需覆蓋氣密艙蒙皮組件修理區(qū)，如圖1所示。

圖1 蒙皮組件氣密檢查真空袋分布展開圖

2) 對真空袋布置區(qū)蒙皮組件外部進(jìn)行清理，保證密封膠帶與蒙皮的粘接性。對相關(guān)設(shè)備的要求有兩點(diǎn)，即一是設(shè)備功率應(yīng)與真空袋的大小匹配，二是精度應(yīng)與漏氣指標(biāo)匹配，三是設(shè)備不能漏氣。

3) 在飛機(jī)氣密艙修理區(qū)外蒙皮上制真空袋。無孔隔離膜與蒙皮之間用透氣墊隔開,對于蒙皮組件上的排水孔、成品安裝孔等可在真空袋內(nèi)制小真空袋隔離；制袋完成后需將密封膠帶壓實(shí)，防止密封膠帶與無孔隔離膜及蒙皮的連接部位漏氣，如圖2所示。

圖2 無孔隔離膜與蒙皮之間墊透氣層的真空袋示意

4) 真空袋抽真空。真空區(qū)壓力以不損傷蒙皮組件為原則。

5) 真空表讀數(shù)達(dá)到規(guī)定值時(shí)關(guān)掉真空系統(tǒng)，保壓一定時(shí)間后觀察真空表讀數(shù)變化情況。

通過以上操作步驟就完成了蒙皮組件的氣密檢查，但在蒙皮組件的氣密性檢查方面，設(shè)計(jì)只規(guī)定了氣密艙的整體氣密檢查要求，其標(biāo)準(zhǔn)值并沒有細(xì)分到蒙皮組件、門縫、通過孔等部位，當(dāng)只對蒙皮組件進(jìn)行氣密檢查時(shí)，就需要規(guī)定出蒙皮組件的氣密檢查標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 蒙皮組件氣密檢查參數(shù)與合格標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

進(jìn)一步對局部氣密性檢查步驟中涉及的操作參數(shù)，如抽真空量、保壓時(shí)間等進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過多次試驗(yàn)，并根據(jù)作者長期局部氣密性檢查實(shí)踐操作的經(jīng)驗(yàn)，將蒙皮組件氣密檢查參數(shù)規(guī)定為：真空袋的抽真空值采用整體氣密艙氣密檢查時(shí)的增壓值(即采用氣密艙內(nèi)外相同的壓差)，保壓時(shí)間采用整體氣密艙氣密檢查時(shí)的保壓時(shí)間。

絕對密封的氣密艙在產(chǎn)品生產(chǎn)中是難以實(shí)現(xiàn)的，絕對密封也并非必要[12-14]。因?yàn)椋环矫?，少許泄漏可由飛機(jī)的增壓系統(tǒng)得到補(bǔ)充，另一方面，座艙本身也需要通風(fēng)換氣。通過實(shí)踐調(diào)研發(fā)現(xiàn)，蒙皮結(jié)構(gòu)并不是氣密艙的主要漏氣區(qū)域(非密封連接)，蒙皮結(jié)構(gòu)微量漏氣是不可避免的，則蒙皮結(jié)構(gòu)所能承受的漏氣量是蒙皮氣密性檢查的標(biāo)準(zhǔn)。蒙皮結(jié)構(gòu)漏氣量的計(jì)算如下：

氣密艙的整體漏氣量為蒙皮結(jié)構(gòu)漏氣量、門縫漏氣量、通過孔漏氣量、成品連接孔漏氣量等之和。而蒙皮結(jié)構(gòu)漏氣量為蒙皮組件各密封帶覆蓋區(qū)域漏氣量之和。對于單個(gè)密封帶覆蓋區(qū)域，其漏氣量T計(jì)算如下：

T=V×[ρ1-ρ2]=V×Δρ

(1)

其中，ρ1為保壓前大氣密度；ρ2為保壓后大氣密度；Δρ為保壓前后大氣密度差；V為空氣體積，V=4×10-3m3。

假設(shè)真空袋尺寸為1 m×1 m，密封帶厚度4 mm，由此可推算出每平方米蒙皮結(jié)構(gòu)的漏氣量為：

T=4×10-3×1.293×(真空袋保壓前后壓力差/標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)×(273/實(shí)際絕對溫度)kg

(2)

蒙皮結(jié)構(gòu)的允許漏氣量可通過經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的方法統(tǒng)計(jì)得出，即：

允許保壓前后壓力差=蒙皮結(jié)構(gòu)允許漏氣量(kg/m2)×標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(kPa)/[4×10-3×1.293×(273/實(shí)際絕對溫度)](kPa)

值得注意的是，當(dāng)整個(gè)氣密艙的漏氣量是一定值時(shí)，蒙皮組件的允許漏氣量愈大，則其余部位的允許漏氣量就愈小，這一矛盾需要根據(jù)整個(gè)氣密艙的設(shè)計(jì)及制造工藝進(jìn)行平衡。

2 環(huán)境溫度的影響分析

為了驗(yàn)證環(huán)境溫度對此方法實(shí)施的影響，在飛機(jī)相同部位、不同環(huán)境溫度下進(jìn)行了多組試驗(yàn)。每次試驗(yàn)中真空袋的大小相同，初始抽真空值大于80 kPa。環(huán)境溫度分別為3 ℃、8 ℃和14 ℃時(shí)，采用本文所提方法對飛機(jī)氣密艙蒙皮組件局部氣密性進(jìn)行多次檢查，得到的影響曲線如圖3～圖5所示。

圖3 環(huán)境溫度為3 ℃時(shí)3次試驗(yàn)真空袋真空值曲線

圖4 環(huán)境溫度為8 ℃時(shí)3次試驗(yàn)真空袋真空值曲線

圖5 環(huán)境溫度為14 ℃時(shí)3次試驗(yàn)真空袋真空值曲線

由以上數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)環(huán)境溫度為3 ℃和8 ℃時(shí)，真空袋真空值下降較快，原因?yàn)樵诘蜏叵旅芊饽z帶與機(jī)體粘接部位密封性不好。由于密袋帶性能的影響，當(dāng)環(huán)境溫度低于14 ℃時(shí)，密封帶會發(fā)硬，粘接性能下降，易造成漏氣。而且出現(xiàn)漏氣時(shí)，是很難區(qū)分是蒙皮漏氣還是密封帶漏氣。所以本文所提方法進(jìn)行飛機(jī)氣密艙蒙皮組件局部氣密試驗(yàn)，建議環(huán)境溫度應(yīng)高于14 ℃。在14 ℃以下，由于密封袋的真空值隨溫度下降劇烈，冬季外場試驗(yàn)時(shí)，本文所用方法具有局限性。

3 實(shí)例應(yīng)用

某型機(jī)在外場發(fā)生機(jī)體氣密區(qū)蒙皮結(jié)構(gòu)損傷事故，修理時(shí)對蒙皮組件進(jìn)行了更換，按要求需對氣密艙進(jìn)行氣密試驗(yàn)。但外場無符合要求的充氣設(shè)備及氣密試驗(yàn)臺，經(jīng)與設(shè)計(jì)協(xié)商決定采用以上論述的局部氣密檢查方法對修理區(qū)蒙皮組件進(jìn)行氣密檢查。

本次檢查采用簡易的抽真空設(shè)備，真空袋采用A4000無孔隔離膜、GS213密封膠帶(約10 mm×4 mm)，抽真空值為80 kPa，保壓時(shí)間為5 min，環(huán)境溫度為20 ℃，整個(gè)修理區(qū)分為9個(gè)區(qū)域進(jìn)行檢查。

為了制定氣密檢查合格標(biāo)準(zhǔn)，本文在計(jì)算的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了多次試驗(yàn)，按蒙皮結(jié)構(gòu)泄露量允許占?xì)饷芘撜w泄露量的1%(每平方米蒙皮結(jié)構(gòu)允許泄露0.023 kg/h)進(jìn)行試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，則真空袋保壓5 min的前后允許壓力差：

ΔP=0.023×101.3/[4×10-3×1.293×(273/293)]/12=

2.329 9/0.004 8/12=40.1 kPa

(3)

由此可制定出保壓5 min后真空袋的真空值下降不應(yīng)超過40.1 kPa的標(biāo)準(zhǔn)。

按此標(biāo)準(zhǔn)檢查后，9個(gè)區(qū)域中有8個(gè)區(qū)域合格，1個(gè)區(qū)域不合格，經(jīng)返工最終檢查合格，并獲得了設(shè)計(jì)及用戶的認(rèn)可，說明了本文方法的有效性。

4 結(jié)論

本文提出的飛機(jī)蒙皮組件局部氣密檢查方法，所用設(shè)備簡單，且適用于不同形狀、外形及結(jié)構(gòu)的飛機(jī)蒙皮組件的局部氣密性檢查，特別針對飛機(jī)外場修理時(shí)，蒙皮氣密的檢測快速有效。通過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了本方法精確性高。同時(shí)，少許漏氣就會引起真空值下降(可以得到真空值下降0.1 kPa的漏氣量)，相對于飛機(jī)貨艙每5 min允許幾百上千公斤的漏氣量來說，可稱漏氣是微量的，所述方法對微量漏氣具有敏感性。利用這一特性，可進(jìn)一步用于蒙皮漏點(diǎn)的排查。