某型飛機除冰系統(tǒng)耐熱膠管失效分析

張慶珍

摘 要：針對飛機除冰系統(tǒng)的航空技術研究日趨深入，對除冰系統(tǒng)故障原因的追溯能力直接影響了飛機執(zhí)行任務的可靠性和安全性。為徹底消除除冰系統(tǒng)耐熱膠管破裂故障，保證飛機除冰系統(tǒng)的使用安全。本文結(jié)合實際某型飛機機翼除冰系統(tǒng)故障，開展耐熱膠管破裂失效分析，為飛機除冰系統(tǒng)排故工作提供借鑒。

關鍵詞：飛機除冰;耐熱膠管;失效分析

0 引言

飛機除冰系統(tǒng)是保持飛機氣動外形和確保飛機安全飛行的重要組成部分。除冰系統(tǒng)主要作用是在整個飛行過程中，當遇到結(jié)冰氣象或在飛機結(jié)冰情況下，系統(tǒng)工作以確保飛行安全。除冰系統(tǒng)內(nèi)關鍵零部件的失效都會對系統(tǒng)功能產(chǎn)生嚴重的影響，對飛行安全造成隱患。因此，飛機除冰系統(tǒng)故障的研究尤為重要。

某型機機翼采用熱氣除冰形式，飛機結(jié)冰后，打開除冰開關，來自上游系統(tǒng)的高溫、高壓空氣通過管路輸送至機翼前緣除冰通道內(nèi)，通過熱傳導消除機翼上的結(jié)冰;除冰管路通過快卸卡箍或耐熱膠管連接。耐熱膠管是安裝在機翼、機身等除冰管路中，用于補償除冰管路熱脹冷縮或振動引起的變形。

針對該型飛機除冰系統(tǒng)耐熱膠管問題進行研究分析，定位在耐熱膠管產(chǎn)品性能不足。飛機除冰系統(tǒng)的基本任務是在結(jié)冰氣象條件下，使飛機保持良好的氣動外形，以保證飛機任務的有效、安全執(zhí)行。本文針對該型飛機除冰系統(tǒng)耐熱膠管破裂故障進行失效分析，為飛機除冰系統(tǒng)排故工作提供借鑒。

1 故障現(xiàn)象描述及故障原因分析

1.1 故障現(xiàn)象描述

某型飛機執(zhí)行任務中，飛機高度8000m，飛行使用機翼防冰系統(tǒng)后，地面檢查發(fā)現(xiàn)右側(cè)機翼前緣用于連接防冰導管的耐熱膠管（1處）破裂，如下圖 1所示，且其余飛機安裝的耐熱膠管也存在不同程度的破損情況。

1.2 故障原因分析

根據(jù)故障樹分析，如下圖2所示，導致除冰系統(tǒng)耐熱膠管破裂的因素主要有系統(tǒng)異常、產(chǎn)品性能不足、制造缺陷以及裝配缺陷。

針對故障問題，已經(jīng)通過機上檢查及地面除冰系統(tǒng)功能性能試驗，排除了系統(tǒng)異常、制造缺陷與裝配缺陷這三個因素，原因具體定位為產(chǎn)品性能不足導致。

由于某型飛機除冰系統(tǒng)采用熱氣除冰方式，高溫、高壓空氣通過管路輸送至機翼前緣除冰通道內(nèi)，影響耐熱膠管性能的因素主要有產(chǎn)品耐壓能力、耐溫能力與產(chǎn)品易分層三種，下文對該三部分進行試驗，展開除冰系統(tǒng)耐熱膠管破裂原因追溯。

2 試驗分析

通過對機翼除冰系統(tǒng)使用的耐熱膠管的壽命進行試驗考核，分別用壓力為550kPa、溫度為220℃的高溫壓縮空氣和壓力為5kPa～10kPa的常溫壓縮空氣對膠管間斷進行（各10min）400小時耐溫耐壓試驗。

膠管在不同循環(huán)周期（20min為一循環(huán)周期）均有破損，考核的壽命數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，破損時工作循環(huán)最短為45次，其余69次～1200次循環(huán)不等，其最主要原因為產(chǎn)品質(zhì)量一致性差，無法滿足系統(tǒng)的使用要求。

3 失效分析

硅橡膠管由無堿玻璃布和橡膠層壓制成，主要承壓為布層，硅橡膠管在系統(tǒng)工作中主要承受高溫、高壓、變形、伸縮（金屬管路熱脹冷縮）等環(huán)境;在膠布整體狀態(tài)下，產(chǎn)品具有承受高溫、高壓的能力，在膠布分層情況下，產(chǎn)品承壓性能將會大大降低。

前期故障產(chǎn)品破裂部位均在圖1所示的波紋段，但也發(fā)生平直段耐熱膠管破裂的故障，其他非帶波紋耐熱膠管也存在較大的破裂隱患，分析原因為耐熱膠管無堿玻璃布與硅橡膠粘附性差，在波紋段表現(xiàn)更為明顯，在高溫高壓工作環(huán)境下，產(chǎn)品逐步分層乃至最終破裂。

產(chǎn)品的分層內(nèi)部因素為膠布粘接力偏小;外部因素為硅橡膠管承壓變形、安裝變形、伸縮變形等，各種變形因素使變形嚴重處逐步分層，乃至最終破裂;目前系統(tǒng)僅安裝變形可以消除，承壓變形和伸縮變形均是系統(tǒng)特性，無法消除;在無法消除變形對硅橡膠管分層影響的情況下，唯一的改進途徑是提高產(chǎn)品自身的粘接力，使其外部因素作用下產(chǎn)品不分層。

因此，根據(jù)故障分析結(jié)果，重新選定了新的耐熱膠管，在隨機抽取了3件試件進行了粘接力測試，且試件前期已進行了200℃加溫，粘接力分別為0.7kN/m、0.9kN/m 和1.5kN/m，粘接力遠高于原先的0.3kN/m。而且，高溫高壓、常溫低壓循環(huán)壽命試驗和1300次耐久性試驗驗證，整體性考核均滿足要求。

4 結(jié)論

根據(jù)某型飛機除冰系統(tǒng)耐熱膠管破裂失效分析，在外部因素無法消除的情況下，要滿足系統(tǒng)使用要求，提高產(chǎn)品粘接力是提升硅橡膠管產(chǎn)品性能的唯一途徑。綜上所述，引起某型飛機除冰系統(tǒng)耐熱膠管破裂的原因為其自身布層粘結(jié)力較差，在機上承壓變形、安裝變形、伸縮變形等綜合因素下，發(fā)生分層直至破裂，造成飛機機翼除冰系統(tǒng)功能失效。

參考文獻

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