楊國亮

摘要：空客A320系列飛機(jī)在定檢期間經(jīng)常發(fā)現(xiàn)方向舵脫膠損傷，尤其是越洋飛行的飛機(jī)更為明顯。本文闡述了空客320系列飛機(jī)方向舵脫膠的檢查方法、修理步驟及預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：方向舵；脫膠；修理；預(yù)防

O引言

方向舵位于飛機(jī)的后方，鑲嵌在垂直尾翼內(nèi)，主要用于修正飛機(jī)的航向和小角度轉(zhuǎn)向。它主要是由兩塊對稱的面板通過膠結(jié)和套筒螺釘連接而成（見圖1），兩塊面板由碳纖維/玻璃纖維蒙皮和非金屬蜂窩芯組成，蜂窩區(qū)域由外到內(nèi)分別為膠膜碳纖維預(yù)浸料 玻璃纖維預(yù)浸料Nomex蜂窩玻璃纖維預(yù)浸料碳纖維預(yù)浸料保護(hù)層；實(shí)心層合區(qū)域在碳纖維預(yù)浸料和玻璃纖維預(yù)浸料之間增加了多層膠膜。

在數(shù)次維修定檢期間，均發(fā)現(xiàn)方向舵的損傷主要為碳纖維/玻璃纖維蒙皮與蜂窩之間的脫膠，其他的損傷類型很少。在開展相關(guān)工作之前，需要澄清兩個(gè)比較容易混淆的概念：脫膠和離層。脫膠是指蜂窩與纖維蒙皮之間脫開，離層是指碳纖維/玻璃纖維鋪層之間分離。方向舵的損傷主要是脫膠，幾乎沒有離層的情況發(fā)生。

1 方向舵脫膠的檢查方法

部件脫膠最常見的檢查方法是敲擊法。敲擊法不僅適用于非金屬復(fù)合材料部件，還適用于金屬部件，該方法不需要復(fù)雜的工具設(shè)備，僅需敲擊錘，簡單方便，省時(shí)省力。因?yàn)樵诜较蚨娴暮缶?，組成方向舵的面板由等厚逐漸變薄，即由平行區(qū)域（parallel area）變?yōu)殄F度區(qū)域（taper area），因此在執(zhí)行方向舵脫膠的敲擊檢查時(shí)，敲擊方向應(yīng)沿方向舵的長軸，即平行于后緣的方向進(jìn)行。不同厚度的蜂窩面板，在敲擊時(shí)會(huì)發(fā)出不同的聲音，可能會(huì)影響對損傷的判斷，所以在敲擊時(shí)需要避免跨厚度敲擊。同時(shí)，敲擊方向的選擇非常重要，該標(biāo)準(zhǔn)不僅適用于方向舵，還適用于所有厚度有變化的面板。

方向舵沒有脫膠區(qū)域的敲擊聲音非常清脆，而脫膠區(qū)域則比較沉悶。敲擊法有很多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在非常大的局限性，它只能對脫膠嚴(yán)重的區(qū)域做出有效的判斷，卻很難準(zhǔn)確判斷出輕微脫膠。

超聲波檢查可以對脫膠區(qū)域做出準(zhǔn)確判斷。根據(jù)超聲波回波特點(diǎn)，可以清晰地確定脫膠的區(qū)域，而且超聲波檢查還能夠確認(rèn)脫膠的位置是方向舵面板的內(nèi)部還是外部。因此，航空公司給出的檢查方案，甚至空客給出的檢查方案，一般僅用超聲波檢查。然而，實(shí)際工作中僅依靠敲擊法和超聲波檢查依然存在風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)閷?dǎo)致方向舵脫膠的主要因素是有水分浸入面板，在脫膠區(qū)域的周圍，水分已經(jīng)擴(kuò)散，但是可能尚未形成完全脫膠，敲擊法和超聲波檢查無法發(fā)現(xiàn)這樣的損傷。但是在進(jìn)行脫膠區(qū)域固化時(shí)，溫度的升高會(huì)導(dǎo)致未完全脫膠的浸水區(qū)域脫膠，進(jìn)而導(dǎo)致再次、更大范圍的返工修理。所以，在執(zhí)行完以上兩種檢查后，還需要進(jìn)行X射線的檢查。X射線的檢查能夠清晰地發(fā)現(xiàn)浸水區(qū)域，對維修范圍的確定非常有必要。

綜上所述，在確認(rèn)方向舵脫膠的區(qū)域時(shí)，首先使用敲擊法確定大體的區(qū)域，然后進(jìn)行超聲波檢查和X射線檢查，從而確定脫膠的準(zhǔn)確區(qū)域以及浸水的區(qū)域，維修人員需要綜合以上情況，制定合理的維修方案。

2 方向舵修理的步驟

通過對維修數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)方向舵脫膠全部發(fā)生在2塊面板的第1至第28顆螺釘孔的周圍（螺釘孔自下至上為1到32），即ZONE W和ZONE F區(qū)域（見圖2），其他區(qū)域尚未發(fā)現(xiàn)脫膠的情況。

某次定檢過程中遇到的脫膠損傷如圖3所示，脫膠位于第26顆螺釘?shù)闹車瑩p傷的尺寸為127mm×230mm，損傷距離后緣195mm（該區(qū)域之前曾損傷過，但不影響此次修理），內(nèi)外蒙皮與蜂窩都脫膠。因?yàn)樵摀p傷非常具有代表性，為便于描述，以下維修方案以該損傷為例進(jìn)行闡述。

結(jié)構(gòu)修理手冊（SRM）并沒有針對該損傷的永久性修理方案，對臨時(shí)修理方案的要求也非?？量?，所以需要咨詢空客公司?？湛凸緦Υ酥贫ǖ木S修方案考慮非常全面，因?yàn)榉较蚨骟w積較大，且所處位置很高，拆除及安裝都比較困難、耗時(shí)耗力，所以空客允許對方向舵進(jìn)行在位修理，避免了營運(yùn)人與MRO執(zhí)行者可能存在的沖突。但是在位修理的條件非?？量蹋?/p>

1）濕度必須在20%～75%之間，溫度在15—30℃之間；

2）在使用、處置或施加粘結(jié)材料時(shí)，嚴(yán)禁接觸脫模劑、蠟、油脂及硅膠；

3）在施工期間，嚴(yán)禁啟用發(fā)動(dòng)機(jī)及可能產(chǎn)生油脂、滑油、燃油或其他污染物的設(shè)備；

4）禁止使用受污染的工具設(shè)備；

5）在進(jìn)行打磨工作時(shí)，必須使用除塵設(shè)備（吸塵器）。

為滿足上述要求，建議工作者使用塑料紙搭建臨時(shí)的無塵空間，使用溫濕度計(jì)對維修過程進(jìn)行監(jiān)控和記錄。

在滿足上述要求的情況下可以開展修理工作，主要步驟及注意事項(xiàng)如下：

1）脫膠區(qū)域蜂窩及套筒螺釘?shù)娜コㄔ跓o損探傷完成脫膠區(qū)域的檢測后，外側(cè)蒙皮參考SRM51-77-11第4段提供的標(biāo)準(zhǔn)施工方法已去除）。蜂窩去除的關(guān)鍵在于去除程度，由于蜂窩與蒙皮之間在粘結(jié)時(shí)采用高溫加壓的方式，使蜂窩肋嵌入玻璃纖維層，在去除蜂窩時(shí)，可以打磨至最內(nèi)側(cè)的玻璃纖維層，以得到滿足要求的平面。如果去除后蜂窩肋仍然存在，則無需繼續(xù)打磨，詳見圖4。在拆除套筒螺釘時(shí)，需要對套筒螺釘周圍的膠進(jìn)行加熱，使其軟化，嚴(yán)禁使用敲打方法拆除。

2）在去除蜂窩及套筒螺釘后，如果內(nèi)部纖維鋪層無褪色、粘連等異?，F(xiàn)象，需要對內(nèi)表面進(jìn)行水膜測試，水膜測試標(biāo)準(zhǔn)如圖5所示。在水膜測試時(shí)，如果有局部很小的區(qū)域無法通過測試，可以使用細(xì)砂紙（80目）進(jìn)行手工打磨，防止使用氣動(dòng)工具對復(fù)合材料鋪層造成損傷。在完成水膜測試后，需在60℃下除水至少2小時(shí)（SRM51-77-11第4段有標(biāo)準(zhǔn)的除水程序）。

3）使用填充膠（件號為EA9394）填充對稱面板的第26顆螺釘孔。

4）根據(jù)SRM51-77-11第4段，準(zhǔn)備更換的蜂窩芯及內(nèi)表面修理鋪層；根據(jù)SRM51-77-11第5段，使用粘結(jié)膠（件號為EA9396）施加內(nèi)表面修理鋪層，出現(xiàn)凝膠之后，準(zhǔn)備安裝蜂窩芯。

5）準(zhǔn)備足夠的粘結(jié)膠（件號為EA9396）并添加45%（體積）的增稠劑，將兩者的混合物施加在內(nèi)表面及蜂窩芯周圍，厚度保持在4～Smm之間。以需要安裝的套筒螺釘為中心，對周圍25mm范圍內(nèi)的蜂窩進(jìn)行完全填充。在對蜂窩進(jìn)行填充時(shí)，需要先將蜂窩加熱到35℃（不能超過35℃），以達(dá)到理想的填充效果。

6）參考SRM51-77-11第5段，安裝已準(zhǔn)備好的蜂窩芯，并按需使用填充膠對新舊蜂窩芯之間的縫隙進(jìn)行填充。在室溫下，在-O.lbar的壓力下固化1小時(shí)；之后加溫到65℃，再保持1小時(shí)，加溫速率不能超過2℃/分鐘。

7）完成蜂窩固化之后，需要對表面再次進(jìn)行水膜測試，隨后根據(jù)SRM51-77-11第4段和第5段準(zhǔn)備修理鋪層并安裝。安裝鋪層時(shí)，要在-O.lbar的壓力下室溫固化1小時(shí)；之后加溫至60℃C，再保持4小時(shí)，加溫速率不能超過2℃/分鐘。

8）鋪層安裝完成后，重新安裝套筒螺釘，最后對修理影響區(qū)域進(jìn)行打磨噴漆。

在修理過程中，有幾點(diǎn)需要特別注意：

1）在對蜂窩芯進(jìn)行灌注填充時(shí)，必須對蜂窩芯進(jìn)行加熱，溫度應(yīng)控制在35℃之內(nèi)，以便有效趕出蜂窩內(nèi)部的空氣，保證填充時(shí)能夠使膠最大限度地侵入蜂窩。如果不對蜂窩進(jìn)行加熱而直接填膠，會(huì)導(dǎo)致膠在固化過程中不斷鼓泡，無法起到對蜂窩的密封作用，更無法達(dá)到手冊要求的4～5mm厚度。

2）填充膠及修理鋪層必須先在室溫下進(jìn)行l(wèi)小時(shí)的固化，然后再加熱，整個(gè)過程中需監(jiān)控溫度，因?yàn)槟z在固化期間會(huì)在短時(shí)間內(nèi)放出很大熱量，從而導(dǎo)致部件迅速升溫，如果溫度升高過多，必須采取降溫措施。在某次的維修過程中，部件溫度曾上升至180℃，如果沒有溫度監(jiān)控，很可能造成臨近區(qū)域的損傷。

3）由于方向舵在位修理的修理區(qū)域離地面比較高，需要使用梯架，而且在修理時(shí)為滿足空客提出的環(huán)境要求，一般會(huì)搭建臨時(shí)的密封區(qū)域，空間狹小、通風(fēng)差，所以要采取恰當(dāng)?shù)膭趧?dòng)保護(hù)措施，如使用安全帶、護(hù)目鏡及防護(hù)面罩等。

3 脫膠損傷的預(yù)防

方向舵脫膠最主要的原因是由于水分的浸入。水分的浸入有三個(gè)途徑：由方向舵的后緣浸入；由套筒螺釘處或其周圍復(fù)合材料處浸入；由前方豎板處浸入。針對前兩個(gè)浸水的主要途徑，可以采取的措施是：

1）及時(shí)檢查方向舵后緣的密封膠。方向舵后緣的密封膠比較厚，單面厚度大約為2.5mm，在經(jīng)過長時(shí)間的飛行后，振動(dòng)及自然環(huán)境頻繁的交替變換易加快密封膠的老化，使其出現(xiàn)較多裂紋甚至脫落。因此，建議在飛機(jī)每次的C檢及更高級別的檢查中增加對后緣密封膠的檢查。如果發(fā)現(xiàn)密封膠裂紋及脫落的情況，應(yīng)及時(shí)更換。重新密封時(shí)，應(yīng)對兩塊面板的搭接處做重點(diǎn)處理，確保所有縫隙都被完全密封。

2）及時(shí)檢查32顆套筒螺釘周圍漆層。方向舵在空中受到氣動(dòng)力的影響，32顆套筒螺釘也會(huì)受到不同程度的應(yīng)力和扭矩，進(jìn)而導(dǎo)致套筒螺釘產(chǎn)生微小的位移，水分易從位移處浸入。需要說明的是，安裝這32顆螺釘使用的膠為EPOCAST1618XX，該膠可以同時(shí)滿足空客和波音的要求，是民用飛機(jī)上安裝類似的套筒螺釘及INSERT最常用的膠。此膠在加熱時(shí)會(huì)軟化，便于套筒螺釘及INSERT的拆除，但是該膠的最大缺點(diǎn)是吸水性較強(qiáng)。波音737CL系列飛機(jī)擾流板上安裝INSERT都是使用這種膠，因?yàn)榻?jīng)常出現(xiàn)脫膠情況，波音公司為此在INSERT上面安裝了封嚴(yán)，雖然起到一定的效果，但仍然無法從根本上解決問題。套筒螺釘產(chǎn)生的微小位移，并不會(huì)對方向舵整體的安全性及功能性產(chǎn)生影響，但是會(huì)導(dǎo)致其周圍區(qū)域的漆層產(chǎn)生裂紋或脫落，這直接導(dǎo)致膠與空氣、水分之間的屏障被打破，為水分的浸入打開了通道。所以，在定檢期間，應(yīng)該加強(qiáng)32顆螺釘周圍漆層的狀況檢查，并檢查螺釘?shù)膲|圈是否發(fā)生移動(dòng)或松脫，若有則應(yīng)及時(shí)打磨，重新刷漆或重新安裝螺釘及墊圈。

在平常的檢查維護(hù)期間，工作者如果能及時(shí)做到以上兩點(diǎn)，就可有效防止水分的浸入，從而有效預(yù)防方向舵的脫膠。

4 結(jié)束語

方向舵一旦脫膠，需要盡快維修，否則脫膠的范圍將迅速擴(kuò)大?？湛蛯Ψ较蚨嬖S可的維修范圍定義為600cm2，一旦超標(biāo)就可能需要更換整個(gè)方向舵，費(fèi)用高、周期長。即使脫膠在600cm2以內(nèi)，檢查及維修的過程最快也需要4天左右的時(shí)間，對航空公司的運(yùn)營產(chǎn)生較大影響。因此，針對方向舵的脫膠問題關(guān)鍵在于預(yù)防，若營運(yùn)人按照本文中提到的方法加強(qiáng)對方向舵的檢查力度，完全可以避免脫膠。

參考文獻(xiàn)

[1] Airbus. A320 Structure RepairManualRevision 120[2].

[2]Airbus. A320 Aircraft MaintenanceManual Revision 49[2].