胡耀平

摘要：基于波音737NG飛機雷達罩設計基本要求，對蜂窩夾層和泡沫夾層兩種類型雷達罩進行結構分析，并參考波音維修手冊對常見損傷和修理方案進行研究，以期對雷達罩實際運營維護提供一定的指導，為航空公司節(jié)省運營成本。

關鍵詞：波音737NG;雷達罩;蜂窩夾層;抗靜電;防雨蝕

1雷達罩結構簡介

雷達罩作為737NG飛機的重要組成部件，必須保持良好的電性能、氣動外形以及結構強度，這是雷達罩結構設計的基本條件。波音737NG飛機雷達罩分為蜂窩夾層結構和泡沫夾層結構兩種類型。蜂窩夾層結構雷達罩前端主要采用柔性芳綸紙蜂窩（Nomex）材料（俗稱紙蜂窩芯），其胞壁單元由芳綸紙和兩面浸潤的酚醛樹脂組成，實質是一種層合結構材料，具有質輕、介電性能好的優(yōu)點^[1]，后端為六邊形玻璃纖維蜂窩芯，這兩種材料都具有良好的透波性能。樹脂基體材料采用最常見的熱固性環(huán)氧樹脂材料，內外蒙皮鋪層材料為增強玻璃纖維（俗稱玻璃鋼），膠膜材料則采用BMS5-129膠膜，其優(yōu)良的剝離強度可避免雷達罩蒙皮與芯體間脫膠。泡沫夾層結構雷達罩與蜂窩夾芯雷達罩結構類似，主要區(qū)別在于前端芯材采用CMN2000硬質PVC閉孔泡沫材料，這種閉孔結構避免了濕氣的侵入和傳播。在力學性能方面，泡沫芯材的剪切強度明顯優(yōu)于蜂窩芯材，且此類型雷達罩生產商NORDAM公司宣稱該閉孔結構雷達罩能夠抗額外45%的沖擊載荷，同時因其介電性能與蜂窩夾層結構相當，所以綜合性能更好，C919飛機采用的就是新型的泡沫夾層結構雷達罩。

由于737NG飛機雷達罩的材料均為不導電的復合材料，加上位于雷擊初始附著區(qū)域，在遭受雷擊后會引起復合材料剛度和強度的顯著下降，并造成樹脂基體融化，引起分層、脫膠等結構破壞，所以必須采取防雷擊設計來傳遞雷擊瞬時高電流，避免局部溫度過高，以降低對雷達罩復合材料的損傷。非金屬復合材料雷擊防護主要通過3種設計方案實現：表面火焰噴涂鋁涂層;表面粘接鋁箔或金屬網;加裝導流條。由于前兩種措施在提高復合材料抗雷擊性能的同時卻產生了電磁屏蔽作用，而雷達罩對于透波率有極高的要求，因此目前737飛機主要采用第三種雷擊防護方式，在雷達罩的表面即夾層結構的玻璃鋼蒙皮上加裝導流條，提供雷電附著點，并通過搭接板將雷電電流向飛機金屬殼體傳導，從而釋放高能量。為提供良好的電流傳遞通道，波音737NG雷達罩防雷擊設計要求導流條和金屬殼體間的電阻值必須小于30mΩ^[2]。

飛行中雷達罩與高速空氣摩擦會產生并積累大量靜電，進而造成屏蔽效應和靜電放電，嚴重干擾雷達天線系統(tǒng)和其他無線電導航設備的正常運行，在穿越云層時雨水也會對雷達罩產生一定的侵蝕作用，因此雷達罩必須具備一定的耐雨蝕、抗靜電等能力。盡管玻璃纖維增強復合材料具有較高的比強度和比剛度，但在耐雨蝕、抗靜電、耐磨性等方面的性能比較差。目前737NG飛機廣泛采用在雷達罩外表面涂刷多重保護性涂層的辦法來提高抗靜電與耐雨蝕能力，保護性涂層包含底漆、抗雨蝕漆、防靜電漆等。

當高速雨滴撞擊樹脂基復合材料雷達罩時，材料的破壞主要表現為表層樹脂基體的剝落以及微裂紋的產生。在雨滴的反復沖擊下，雷達罩表面變得粗糙不平，雨滴沿微裂紋向內滲透又進一步使材料的電性能惡化^[3]。由于聚氨酯本身結構的疏水性，通常聚氨酯漆層材料具有良好的常溫耐水性?？轨o電涂料是具有導電和排除積累靜電荷能力的功能性涂料，利用靜電的卸放效應，將積聚在雷達罩表面的靜電荷及時卸放^[4]。按照設計要求，在施加涂層前應先對表面進行徹底清潔并確保沒有油漬，這是涂層形成良好附著力的基本條件，之后再施加表面涂層。

對于未安裝保護膜的雷達罩，涂層施工步驟為：1）整個雷達罩區(qū)域涂一層BMS 10-21 TYPE II或者TYPE IV防靜電漆，測量每平方（任何尺寸）的防靜電漆阻值必須在1～100MΩ之間;2）安裝6個導電條;3）遮蓋保護其他區(qū)域，在STA138.6-STA143.6位置垂直帶，按照步驟1）的要求涂第二層防靜電漆;4）遮蓋保護5in垂直帶，其余整個雷達罩位置涂0.3～0.8密耳BMS10-103、TYPE I底漆;5）整個雷達罩表面涂1.4～2.4密耳BMS10-60、TYPE Ⅱ色號為BAC707的灰搪瓷漆;6）整個雷達罩區(qū)域涂BMS10-72裝飾面漆或者AMS3095光面漆。

對于安裝了保護膜的雷達罩，由于保護膜可以替代一層BMS10-60、TYPEⅡ色號為BAC707的灰搪瓷漆，涂層施工的前三個步驟與未安裝保護膜的雷達罩相同，步驟4）為在整個雷達罩位置涂0.3～0.8密耳BMS10 -103、TYPE I底漆，步驟5）為在整個雷達罩表面涂1.4～2.4密耳BMS10-60、TYPE Ⅱ色號為BAC707的灰搪瓷漆，步驟6）為安裝雷達罩保護膜。

實際調查中發(fā)現，許多航空公司為了節(jié)省成本，直接選用未加裝保護膜的雷達罩構型，待飛機交付后返回運營基地時就直接安裝保護膜，勢必影響雷達信號的透波率，此行為值得商榷。

2雷達罩的允許損傷與修理

飛機雷達罩作為復合材料中的易損部件，實際使用中比較常見的損傷有腐蝕、分層、凹坑、刮擦、刻痕和穿孔等，對于雷達罩損傷常采用無損探傷方法來確定損傷尺寸。波音SRM手冊內規(guī)定737NG雷達罩的允許損傷有5種：1）刻痕、刮傷等未造成玻璃纖維鋪層損傷;2）刻痕、刮傷、凹坑、分層、穿孔等造成纖維層損傷，但最大不超過1in²，距離其他損傷邊緣至少10in以上且距離雷達罩邊緣或緊固件邊緣至少2in;3）邊緣損傷寬度不超過1in，深度不超過0.25in;4）邊緣損傷寬度最大為1in，深度為0.25in;5）對于邊緣的雨蝕或者風蝕，寬度不超過0.5in，損傷不超過3層玻璃纖維鋪層，且去除損傷后的邊緣距離緊固件孔中心至少為2D。對于允許損傷不超過一層鋪層材料的情況，可以采用Scotchbrand 853或Permacel P280等聚氨酯膜進行臨時性密封，密封后每400飛行小時檢查聚氨酯膜，確保其處于完好狀態(tài)，并在5000飛行小時內采用BMS 8-201、BMS 8-207或BMS 8-301環(huán)氧樹脂進行永久性密封;對于允許損傷超過一層結構鋪層的情況，必須在400飛行小時內完成永久性修理。

對于737NG雷達罩，波音給出了一般的修理準則：對于3層鋪層的蜂窩夾層雷達罩，如要求雷達罩能測風切變，修理后歸為C類，必須測雷達電磁波透波率;如果沒有風切變要求，按手冊修理后歸為D類，不需要測透波率;對于4層鋪層的蜂窩夾層雷達罩或泡沫夾層雷達罩，按手冊修理后被歸為C類，不需要測透波率。不過，雷達罩修理后、噴漆貼膜且安裝導電條后必須進行透波率測試。若連續(xù)掃描時電磁窗口平均透波率大于84%且每點最小透波率大于78%，歸為C類雷達罩;若平均透波率大于80%且每點最小透波率大于75%，歸為D類雷達罩。修理完成后如想了解修理后的雷達罩的具體類別，可以按照RTCA-D0-213中標準章節(jié)2.4.7.1測透波率。

對于雷達罩損傷修理，按照修理類型可分為永久性修理和臨時性修理，按照修理材料類型又可以分為濕鋪層修理和預浸料修理。預浸料修理固化溫度為250°F （121℃），其修理方案類型均為永久性修理。濕鋪層修理分為室溫固化、150°F （66℃）固化和200°F（93℃）固化，由于室溫固化不能恢復原結構的強度和耐久性，所以室溫固化均為臨時性修理;150°F固化修理作為永久性修理方案時對尺寸和同類型的修理補片數量有嚴格的限制，超出限制條件時均為臨時性修理，根據SRM手冊，臨時性修理的壽命均為4000飛行循環(huán)，且每400飛行循環(huán)必須對修理區(qū)域進行敲擊測試以確保沒有分層或者脫膠;200°F濕鋪層固化修理均為永久性修理方案且無其他限制條件，實際損傷修理中推薦使用熱補儀進行濕鋪層200°F固化修理，如果航材具備時使用250°F預浸料固化修理能更好地恢復原結構的強度和耐久性。

常見的修理形式有單面板修理、單面板和蜂窩夾心修理、雙面板和蜂窩夾心修理、邊帶修理以及單純浸水修理。下面以雷達罩穿孔（蜂窩夾層損壞）進行濕鋪層200°F固化修理時的相關要點為例作簡要分析。修理時必須制作模具以使修理區(qū)域保持原始輪廓，嚴格執(zhí)行去濕和表面清潔程序，這是保持良好的膠結強度的基本條件。抽真空時應保持真空度至少為22inHg去除真空源后，真空表讀數5min內下降不能超過5inHg。在整個修理過程中，溫度是至關重要的因素，只有在合適的固化溫度條件下，才能保持最大的粘結性能。材料類型、厚度以及內部結構的不同，均會導致修理區(qū)域溫度存在偏差。在蜂窩夾層結構雷達罩的修理中，容易出現溫差的典型位置為蜂窩區(qū)與裝配區(qū)的過渡，由于蜂窩芯格中充滿空氣，空氣的導熱系數非常小，因此蜂窩區(qū)溫度變化慢^[5]。本修理采用二次固化，第一次鋪層材料和芯體共固化時，模具支撐一側必須安裝電熱毯，以最大程度減少蜂窩區(qū)或泡沫夾層區(qū)溫差，同時嚴格按照層壓樹脂BMS 8-301、Class 1固化曲線進行，開始加熱時保持最多每分鐘1°F～3°F的上升率，到達220°F后保持至少220min，然后以最大不超過每分鐘5°F的速率下降。為保持修理后雷達罩透波率要求，修理時不要增加附加鋪層或者打磨層，整個修理材料的鋪設嚴格按照圖1執(zhí)行。

3雷達罩日常維護

盡管雷達罩表面噴涂防護涂層，但實際運行維護中仍發(fā)現由于漆層結合不牢或其他外來顆粒撞擊導致涂層剝落的情況。如果沒有及時處理，會使鋪層材料暴露在空氣中，日積月累的磨損將導致鋪層損傷或者蜂窩夾層結構進水。因此，日常維護中一旦檢查發(fā)現雷達罩漆層損傷，必須按照手冊要求及時恢復防護涂層，以免造成雷達罩復合材料進一步的損傷。在噴涂防護涂層時，如果漆層厚度超過規(guī)定值0.010in就會造成傳輸率的下降，如果過薄又會降低防護作用，因此必須嚴格按照手冊工藝執(zhí)行。

實際運營中調查發(fā)現，安裝保護膜盡管在防雨蝕能力和抗細小砂石沖擊能力方面更加顯著，但是對于雷擊檢查卻起到了不小的掩蓋作用。對此波音給出了明確的建議，即雷達罩如果安裝保護膜，當檢查雷達罩發(fā)現有雷擊損傷跡象時，則必須揭除保護膜，對損傷區(qū)域和底層結構進行詳細目視檢查和敲擊測試檢查，查看是否有分層或脫膠現象，然后更換新的雷達罩保護膜。不揭除保護膜將無法通過敲擊測試辨別音質的方法確定是否有損傷。雷達罩復合材料對沖擊損傷比較敏感，砂石，冰雹、鳥擊等因素會導致雷達罩內部分層、脫膠等，進而造成雷達罩剩余強度大大降低。如果損傷未及時處理，會導致蜂窩夾層結構雷達罩蜂窩大面積進水，極大影響透波率。鑒于雷達罩容易損傷的特點，日常維護中應加強雷達罩的例行檢查，在發(fā)現雷達罩出現異常情況時及時處理才能最大程度地避免或減輕雷達罩的損傷或蔓延。在航空公司引進737NG飛機時，建議可以優(yōu)先考慮泡沫夾層結構雷達罩，因其相對于蜂窩結構雷達罩來說力學性能更好，同時因其芯材的閉孔特性，水汽難以進入，可大大減少雷達罩的維修次數，有效減少飛機的AOG停場，從而為航空公司節(jié)省運營成本。

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