飛機(jī)座艙蓋玻璃結(jié)構(gòu)膠厚度均勻性控制技術(shù)研究

鄧德齊 施娟 褚康超 李生興 岳興武

摘 要：某型飛機(jī)座艙蓋玻璃與周圍骨架的連接方式為軟連接式，與硬連接方式相比，軟連接的固定方式能夠有效降低座艙蓋玻璃使用過(guò)程中的裂紋、爆破等問(wèn)題發(fā)生的概率，但同時(shí)留下了座艙蓋玻璃與滌絲帶之間結(jié)構(gòu)膠脫粘的性能隱患。鑒于能夠?qū)е陆Y(jié)構(gòu)膠脫粘的各類因素復(fù)雜多樣，且經(jīng)初步研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)膠膠層厚度均勻性是眾多因素中，影響較大且形成過(guò)程可控的主要因素，故本文以某型飛機(jī)座艙蓋玻璃為例，主要闡述通過(guò)控制結(jié)構(gòu)膠膠層厚度均勻性，從而避免軟連接式座艙蓋玻璃結(jié)構(gòu)膠脫粘的一般技術(shù)方法。

關(guān)鍵詞：軟連接;結(jié)構(gòu)膠;膠層厚度均勻性;夾具韌性;回彈空鼓

1引言

某型飛機(jī)座艙蓋玻璃，包括風(fēng)擋透明件和座艙蓋透明件，其加工方式為，使用某型聚氨酯膠粘劑作為結(jié)構(gòu)膠，將座艙蓋玻璃四周邊緣與滌絲帶膠合到一起，在滌絲帶余量部位穿入通條并制孔，對(duì)通條和滌絲帶進(jìn)行螺接固定，間接固定座艙蓋玻璃，形成軟連接的座艙蓋玻璃固定方式。

與硬連接方式（即在玻璃邊緣直接制孔固定）相比，軟連接的固定方式大幅度提高了玻璃邊緣受力的均勻性，有效降低座艙蓋玻璃使用過(guò)程中的裂紋、爆破等問(wèn)題發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，但同時(shí)留下了座艙蓋玻璃與滌絲帶之間結(jié)構(gòu)膠脫粘的隱患。該類聚氨酯膠粘劑作為結(jié)構(gòu)膠使用時(shí)，脫粘缺陷具有持續(xù)發(fā)展、集中突顯的特點(diǎn)，即一旦出現(xiàn)局部缺陷，在使用中受到拉伸、剝離等形式力的作用下，缺陷面積會(huì)持續(xù)擴(kuò)大，并在達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)呈爆發(fā)式脫粘，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成座艙失密等飛行安全事故。

在座艙蓋修理、制造工作中，經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)積累和長(zhǎng)期理論分析，我們發(fā)現(xiàn)膠層厚度不均問(wèn)題是造成座艙蓋玻璃膠合區(qū)缺陷、脫粘的主要且可控的因素。因此，需對(duì)控制座艙蓋結(jié)構(gòu)膠厚度均勻性的方法進(jìn)行深入研究和探索，形成一套切實(shí)可行的操作方法。

2軟連接式座艙蓋玻璃構(gòu)造及加工方法簡(jiǎn)介

某型飛機(jī)座艙蓋玻璃整體呈半筒狀的球面結(jié)構(gòu)，其四周邊緣使用結(jié)構(gòu)膠將玻璃與滌絲帶膠合在一起（見(jiàn)圖1），在滌絲帶余量部位形成的封閉區(qū)穿入片狀通條，在通條上制孔后，可將通條與滌絲帶一同固定在座艙蓋骨架上，以此方式將座艙蓋玻璃間接固定牢靠。

進(jìn)行膠合工作時(shí)，首先將配制合格的結(jié)構(gòu)膠分別涂覆在待膠合的玻璃和滌絲帶表面，然后將玻璃和滌絲帶待膠合面按規(guī)定的位置對(duì)合，最后使用座艙蓋玻璃專用膠合工裝的配套夾板和夾具將座艙蓋玻璃和滌絲帶固定牢靠（見(jiàn)圖2），待結(jié)構(gòu)膠完全固化后取下夾具、夾板。

3常見(jiàn)故障現(xiàn)象

座艙蓋玻璃四周滌絲帶膠合質(zhì)量是能夠直接影響飛機(jī)作戰(zhàn)性能和飛行員生命安全的關(guān)鍵特性，而座艙蓋玻璃與滌絲帶的脫粘和結(jié)構(gòu)薄弱等缺陷，是影響滌絲帶膠合質(zhì)量的常見(jiàn)問(wèn)題，其主要的表現(xiàn)形式有“氣泡”和“色差”等。

3.1氣泡

“氣泡”，即座艙蓋玻璃與滌絲帶之間存在局部無(wú)結(jié)構(gòu)膠現(xiàn)象（見(jiàn)圖3），主要表現(xiàn)為顏色差別較大、分界線清晰等，是對(duì)座艙蓋玻璃與滌絲帶膠合質(zhì)量影響最大的缺陷，累計(jì)長(zhǎng)度超過(guò)15mm的，需對(duì)座艙蓋執(zhí)行返廠返修等措施，對(duì)部隊(duì)作戰(zhàn)參訓(xùn)等任務(wù)的完成影響較大。

3.2色差

“色差”，即座艙蓋玻璃與滌絲帶之間存在結(jié)構(gòu)膠厚度不均勻現(xiàn)象（見(jiàn)圖4），主要表現(xiàn)為顏色不均勻但差距不大、無(wú)明顯分界線等，其顏色較淺處是座艙蓋玻璃與滌絲帶之間粘接力的薄弱區(qū)域，是長(zhǎng)期使用過(guò)程中，極易發(fā)展為“氣泡”的區(qū)域。

4結(jié)構(gòu)膠缺陷形成的原理分析

4.1結(jié)構(gòu)膠涂覆不均勻

座艙蓋玻璃與滌絲帶膠合時(shí)，需將結(jié)構(gòu)膠在玻璃與滌絲帶待膠合區(qū)涂覆均勻后，按相應(yīng)位置對(duì)合。某型聚氨酯膠粘劑配制合格后，呈白色膏狀，其各項(xiàng)特點(diǎn)不利于均勻涂覆：

1）有一定粘性且質(zhì)地較輕，導(dǎo)致涂覆時(shí)膠粘劑的粘覆位置不確定，極易被毛刷帶起，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠涂覆的厚度不均勻;

2）不透明且顏色純正，導(dǎo)致涂覆后很難靠目視檢查判斷膠層厚度是否均勻;

3）流動(dòng)性不足，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠涂覆后，無(wú)法自行流動(dòng)趨平。

綜上所述，結(jié)構(gòu)膠在涂覆時(shí)膠層厚度均勻性很難保證。如果局部結(jié)構(gòu)膠涂覆效果呈“外凸”型，座艙蓋玻璃與滌絲帶對(duì)合后，會(huì)出現(xiàn)單邊間隙，但在施加夾具固定后，結(jié)構(gòu)膠受擠壓而流動(dòng)，會(huì)彌補(bǔ)間隙，對(duì)座艙蓋玻璃膠合質(zhì)量影響不大;如果局部結(jié)構(gòu)膠涂覆效果呈“內(nèi)凹”型，座艙蓋玻璃與滌絲帶對(duì)合后，會(huì)出現(xiàn)部分空氣被結(jié)構(gòu)膠鎖定在內(nèi)部的情況，即使在施加夾具固定擠壓，空氣依然無(wú)法排出，最終形成氣泡。

4.2夾具施壓不均勻

座艙蓋玻璃四周皆為弧面結(jié)構(gòu)，且不同架次之間弧度有所差別，故座艙蓋玻璃專用膠合工裝的配套夾板采用的材料必須具有一定的韌性，以保證對(duì)玻璃施加夾緊力后，夾板能夠適配不同弧度的座艙蓋玻璃，防止出現(xiàn)大面積受力不均造成的嚴(yán)重膠合缺陷。

與夾板配套使用的夾具，其夾緊力的設(shè)計(jì)技術(shù)狀態(tài)為（35～60）N，相鄰?qiáng)A具間隔為固定的80mm，存在相鄰?qiáng)A具夾緊力差距較大的情況，會(huì)導(dǎo)致夾板局部受力不均而變形，進(jìn)而促使局部結(jié)構(gòu)膠變薄。

4.3膠合工裝回彈形成的空鼓

因座艙蓋玻璃膠合工裝配套夾板必須具有一定的韌性，即夾板形狀會(huì)在夾具的影響下產(chǎn)生形變。夾板上的夾具需要逐個(gè)夾緊，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)夾具夾緊夾板后，夾板會(huì)在不均勻的夾緊力作用下產(chǎn)生明顯形變（見(jiàn)圖5中狀態(tài)1→2→3的變化情況），導(dǎo)致該處結(jié)構(gòu)膠受擠壓流失。

當(dāng)該處繼續(xù)施加相鄰?qiáng)A具，使整個(gè)夾板受力達(dá)到平衡狀態(tài)后，夾板會(huì)產(chǎn)生回彈達(dá)到相對(duì)平整狀態(tài)，原已擠出結(jié)構(gòu)膠的部位將形成“回彈空鼓”，即結(jié)構(gòu)膠缺失但滌絲帶恢復(fù)原位形成的氣泡缺陷（見(jiàn)圖6中狀態(tài)4→5→6的變化情況）。

5結(jié)構(gòu)膠厚度均勻性控制方法

基于上述座艙蓋玻璃膠合缺陷產(chǎn)生原理的分析，針對(duì)不同原因造成的“氣泡”和“色差”等缺陷，可以制定出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)膠厚度均勻性控制方案。

5.1結(jié)構(gòu)膠涂覆效果的選取

某型聚氨酯膠粘劑的性狀不適合涂覆是其自身固有特性，無(wú)法加以改善和避免。在此基礎(chǔ)上，我們可以退而求其次，對(duì)結(jié)構(gòu)膠的涂覆效果進(jìn)行定向選取，即以均勻平整為目標(biāo)進(jìn)行涂覆，但以平整和外凸兩種效果作為合格的標(biāo)準(zhǔn)，只對(duì)明顯內(nèi)凹的部位進(jìn)行重新涂覆，在有效減少夾具固定后產(chǎn)生氣泡的同時(shí)，提高結(jié)構(gòu)膠涂覆效率，為后續(xù)固定工作爭(zhēng)取到更長(zhǎng)的有效操作時(shí)間。

5.2夾具夾緊力的選取與組合

座艙蓋玻璃專用膠合工裝的配套夾具，其夾緊力設(shè)計(jì)技術(shù)狀態(tài)為（35～60）N，波動(dòng)范圍較大，如果隨機(jī)選取使用，相鄰?qiáng)A具之間夾緊力相差偏大的可能性非常高，形成局部夾具施壓不均勻、導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠厚度不均勻的幾率也隨之增高。

實(shí)際工作中可以對(duì)所有夾具（一般為100件以上）進(jìn)行夾緊力計(jì)量，分等級(jí)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。使用時(shí)同一條夾板上施加的夾具應(yīng)選用同一夾緊力級(jí)別，以保證同一夾板的夾緊力均勻性，從而保證結(jié)構(gòu)膠厚度的均勻性。

5.3夾具分級(jí)固定法的采用

同一夾板上需施加的夾具均在10件以上，所有夾具不可能一次性完成固定，只能逐件進(jìn)行固定。為避免出現(xiàn)回彈空鼓現(xiàn)象，可以制作若干工藝夾具，其夾緊力可選為15N左右。使用時(shí)，先用工藝夾具固定夾板，因其夾緊力相對(duì)較小，無(wú)法使局部結(jié)構(gòu)膠完全流失，待整條夾板夾滿工藝夾具后，用正式夾具逐件替換工藝夾具。因夾板已夾滿工藝夾具，達(dá)到靜態(tài)平衡狀態(tài)，單個(gè)正式夾具夾緊力雖然偏大，但仍不可能使結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)生局部的完全流失，從而有效避免“回彈空鼓”的現(xiàn)象。

6結(jié)論

本次技術(shù)研究，通過(guò)對(duì)座艙蓋玻璃膠合質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分類列舉，并據(jù)此對(duì)結(jié)構(gòu)膠缺陷形成的原理進(jìn)行了深入的分析，確定了結(jié)構(gòu)膠涂覆不均勻、夾具施壓不均勻、膠合工裝回彈形成的空鼓等對(duì)座艙蓋玻璃與滌絲帶膠合質(zhì)量影響較大的因素，從而制定了定向選取結(jié)構(gòu)膠涂覆效果、夾具夾緊力同級(jí)同組選用、夾具分級(jí)替換等具有針對(duì)性的可行方法，有效保證了座艙蓋結(jié)構(gòu)膠厚度均勻性，解決了長(zhǎng)期困擾座艙蓋與滌絲帶膠合質(zhì)量的技術(shù)難題，并為以后各機(jī)型類似故障的研究和排除提供借鑒。