蘆抗抗 李強(qiáng) 武桐

摘要：對(duì)近年個(gè)別波音787-9飛機(jī)大翼出現(xiàn)的因紫外線損傷而大面積掉漆現(xiàn)象的處理進(jìn)行總結(jié)分析，著重總結(jié)大翼復(fù)合材料蒙皮的檢查和處理，以供業(yè)界遇到相同問(wèn)題時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：波音787；紫外線損傷；掉漆；復(fù)合材料

Keywords：B787；UV damage； paint peeling；composite

0 引言

從2020年開(kāi)始，我司波音787-9機(jī)隊(duì)陸續(xù)有三架飛機(jī)出現(xiàn)大翼表面漆層現(xiàn)象（見(jiàn)圖1），這些飛機(jī)有兩個(gè)共同點(diǎn)：經(jīng)常執(zhí)飛跨越北冰洋上空的北美航線；入列時(shí)間都為2016年下半年。

這一現(xiàn)象引起工作者高度重視。按照常規(guī)處理方式查詢修理手冊(cè)得到的答案是只進(jìn)行褪噴漆和檢查的工作，但結(jié)合這三架飛機(jī)上述兩個(gè)共同點(diǎn)，工作人員向波音公司發(fā)出咨詢郵件詢問(wèn)這一現(xiàn)象的原因和臨時(shí)處理措施。

最終波音證實(shí)這是因制造時(shí)噴漆工藝設(shè)計(jì)缺陷引起的損傷，后續(xù)波音將會(huì)發(fā)布相應(yīng)文件改善這一情況，運(yùn)營(yíng)人可向波音發(fā)起索賠。

1 現(xiàn)象分析

復(fù)合材料因其低密度、高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)異的材料性能在航空制造業(yè)中得到廣泛運(yùn)用，但長(zhǎng)期以來(lái)復(fù)合材料的使用停留在次要結(jié)構(gòu)的制造中，而波音787飛機(jī)是首款大量運(yùn)用復(fù)合材料制造的跨時(shí)代機(jī)型，其機(jī)身和大翼主要結(jié)構(gòu)由BMS8-276碳纖維增強(qiáng)材料取代了傳統(tǒng)的鋁合金材料進(jìn)行制造。復(fù)合材料也有其弱點(diǎn)，生產(chǎn)和工作環(huán)境的溫度、濕度以及射線等都會(huì)使其降低一定的力學(xué)性能甚至發(fā)生脫層、纖維斷裂等損傷，本文著重分析多起相似事件中射線對(duì)飛機(jī)的影響。

自然界中紫外線射線（Ultraviolet）主要有三種即Ultraviolet A、B、C，簡(jiǎn)稱UVA、UVB和UVC，其中UVC會(huì)被臭氧層全部吸收，不到2%的UVB會(huì)穿過(guò)臭氧層，但其波長(zhǎng)還不足以穿透玻璃等透明材料，但UVA卻具有極強(qiáng)的穿透性，約98%的UVA能夠穿透臭氧層到達(dá)地面。為降低太陽(yáng)光和日光燈中UVA對(duì)復(fù)合材料產(chǎn)生的影響，波音公司復(fù)材生產(chǎn)車間中會(huì)用特殊玻璃和燈罩去除這種影響[1]。

787飛機(jī)在制造時(shí)會(huì)在碳纖維結(jié)構(gòu)上鋪設(shè)一層玻璃絲布層（BMS8-341或BMS8-331，也稱IWWF）和很薄一層抗射線樹(shù)脂（簡(jiǎn)稱UV層），最后是一層BMS10-103底漆和一層BMS10-60面漆。造成本次事件的原因即是漆層和UV層過(guò)薄且長(zhǎng)期經(jīng)過(guò)強(qiáng)射線區(qū)域（北冰洋上空）而使得UVA穿過(guò)漆層使UV層變質(zhì)松脫，進(jìn)而伴隨漆層脫落。

如果對(duì)掉漆現(xiàn)象不加以關(guān)注處理，將導(dǎo)致玻璃絲布層和碳纖維層暴露在射線環(huán)境中，長(zhǎng)此以往碳纖維結(jié)構(gòu)表層將出現(xiàn)分層，導(dǎo)致大翼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，引發(fā)危險(xiǎn)。

除此之外，在自媒體盛行的時(shí)代，乘客通過(guò)懸窗看到斑駁的大翼而發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)也會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)人產(chǎn)生輿論壓力。

2 處理措施

處理該現(xiàn)象有五個(gè)步驟：褪漆；對(duì)UV層檢查和去除損傷；檢查銅箔和碳纖維結(jié)構(gòu)層；對(duì)超限的銅箔或碳纖維結(jié)構(gòu)層修理；補(bǔ)漆。

2.1 褪漆

參考手冊(cè)AMM DMC-B787-A-51-21-04-02A-721B-A和AMM DMC-B787-A-12-25-01-00A-258A-A執(zhí)行褪漆和清潔工作。

注意事項(xiàng)包括：

1）整個(gè)過(guò)程中砂磨工具必須平穩(wěn)貼合大翼表面，不得有任何夾角，否則會(huì)對(duì)大翼表面產(chǎn)生損傷；

2）清潔工作應(yīng)使用手冊(cè)推薦的清潔劑IPA或B8-2，不得使用丙酮作為清潔劑，否則會(huì)引起UV層檢查誤判；

3）緊固件頭部的漆層不必過(guò)分打磨干凈，允許有殘留。

2.2 對(duì)UV層檢查和去除損傷

檢查區(qū)域?yàn)榇笠砩舷旅嫣祭w維蒙皮，不包含油箱接近蓋板、前后緣及翼尖小翼（見(jiàn)圖2）。

參考手冊(cè)SRM B787-A-51-13-04-01-01A-280-A，使用BMS15-5無(wú)毛布沾 99.5%丙酮溶液用力在檢查位置擦拭15次（擦布每運(yùn)動(dòng)一前一后算作1次），若無(wú)毛布上有綠色或黃綠色殘留物，說(shuō)明該區(qū)域UV層已變質(zhì)。砂磨損傷區(qū)域表面，清潔后再次執(zhí)行丙酮擦拭法檢查，直到無(wú)毛布上不再有綠色或黃綠色殘留物。

注意事項(xiàng)包括：

1）每一個(gè)掉漆區(qū)域和每一個(gè)肋間隔斷（bay區(qū)域）都要執(zhí)行檢查；

2）砂磨需使用氧化鋁砂紙，嚴(yán)禁使用硅化物砂紙；

3）清潔不得使用丙酮作為清潔劑；

4）砂磨過(guò)程需仔細(xì)小心，不可傷及銅箔和碳纖維層。

2.3 檢查銅箔和碳纖維結(jié)構(gòu)層

在褪漆和UV層砂磨過(guò)程中難免會(huì)有玻璃絲布層被磨透而露出銅箔和碳纖維層的情況發(fā)生，這就需要檢查砂磨區(qū)域的銅箔和碳纖維結(jié)構(gòu)。

銅箔并不是覆蓋于整個(gè)大翼表面，只在緊固件區(qū)域覆蓋。檢查銅箔有無(wú)撕裂刻痕等損傷，雖然手冊(cè)給出了允許傷量，但是允許量較小且4000FC以內(nèi)就要執(zhí)行修理。裸露但無(wú)損傷的銅箔是可以接受的，對(duì)于裸露的銅箔和緊固件頭部需要參考SRM 51-72-03-03A-A對(duì)這些區(qū)域涂抹sol-gel溶液（BMS10-128或BMS5-162）進(jìn)行處理保護(hù)（見(jiàn)圖3）。

對(duì)碳纖維結(jié)構(gòu)層，碳纖維結(jié)構(gòu)裸露或者損傷直徑不超過(guò)2in且損傷不超過(guò)一層在可接受范圍內(nèi)。

以上檢查工作結(jié)束且判定無(wú)需額外的修理后，即可按照SRM B787-A-51-73-01-00A-030A-A對(duì)裸露區(qū)域執(zhí)行刮膠處理，待膠體固化后砂磨平滑即可執(zhí)行清潔補(bǔ)漆步驟。

注意事項(xiàng)包括：

1）在UV層和碳纖維及銅箔層之間有一層玻璃絲布層，該層若無(wú)損傷可直接進(jìn)入補(bǔ)漆步驟；若該層損傷，只需關(guān)注銅箔和碳纖維層的狀態(tài)，不必過(guò)多關(guān)注玻璃絲布層的損傷情況；

2）刮膠處理，手冊(cè)推薦使用BMS5-92封嚴(yán)膠，但是該膠固化后不易砂磨平整，本文推薦使用BMS8-301型樹(shù)脂，該樹(shù)脂固化后易砂磨平整以便恢復(fù)大翼氣動(dòng)光滑；

3）刮膠處理只適用于碳纖維結(jié)構(gòu)層表面，銅箔和緊固件頭部禁止刮膠；

4）對(duì)于生產(chǎn)線號(hào)LN151-403的飛機(jī)，緊固件頭部會(huì)有一層BMS5-45絕緣保護(hù)層，若出現(xiàn)磨破損需執(zhí)行修理，本次修理的飛機(jī)不在該序列內(nèi)。

2.4 對(duì)超限的銅箔或碳纖維結(jié)構(gòu)層修理

因銅箔的損傷容限較小，即便在允許范圍內(nèi)也需要在4000FC內(nèi)執(zhí)行修理，因此在定檢和褪、噴漆工作中一旦發(fā)現(xiàn)銅箔出現(xiàn)分層、刻痕、破損等損傷就要按照SRM B787-A-51-80-03-09A-030A-A修理銅箔，需使用膠膜進(jìn)行250℉修理。

碳纖維結(jié)構(gòu)若出現(xiàn)超限損傷，需要參考手冊(cè)執(zhí)行350℉修理，但大翼結(jié)構(gòu)的修理手冊(cè)給出的修理限制較多，且在大翼表面執(zhí)行高溫修理會(huì)受到機(jī)庫(kù)溫度、濕度環(huán)境的影響導(dǎo)致成功率較低。

因此，在砂磨過(guò)程中只要謹(jǐn)慎施工是可以避免銅箔和碳纖維結(jié)構(gòu)的損傷的，需要施工前對(duì)工作者進(jìn)行宣講，小心使用工具做好勞動(dòng)保護(hù)。

2.5 補(bǔ)漆

參考AMM DMC-B787-A-57-00-00-02A-257A-A進(jìn)行補(bǔ)漆，本文主要探討復(fù)合材料的處理，這一過(guò)程不做過(guò)多總結(jié)。

復(fù)合材料處理工作以中間三個(gè)步驟為主，圖4為復(fù)合材料檢查主要工作的簡(jiǎn)圖，從上到下依次是大翼蒙皮從外表面到碳纖維結(jié)構(gòu)層，右側(cè)是損傷到各層的處理方式。

3 后續(xù)措施

整個(gè)檢查過(guò)程中，對(duì)于發(fā)現(xiàn)UV損傷并采取措施的位置需要記錄在案，留作下一次褪噴漆工作的參考，防止在下一次褪漆過(guò)程中砂磨過(guò)度損傷結(jié)構(gòu)。波音公司將在2022年上半年發(fā)布SB建議運(yùn)營(yíng)人執(zhí)行改裝，通過(guò)改進(jìn)噴漆工藝并增加一層抗UV涂層來(lái)杜絕此類問(wèn)題發(fā)生。

4 總結(jié)

通過(guò)結(jié)合整個(gè)機(jī)隊(duì)檢查，將看似偶然的漆層脫落事件變成不尋常事件，通過(guò)深度挖掘發(fā)現(xiàn)巨大的安全隱患，為公司挽回經(jīng)濟(jì)損失。機(jī)務(wù)工作中每個(gè)看似簡(jiǎn)單的現(xiàn)象背后都有一連串的潛在危險(xiǎn)等待著發(fā)現(xiàn)，在日常工作中應(yīng)多關(guān)注細(xì)節(jié)并舉一反三以避免危險(xiǎn)的發(fā)生。對(duì)于新型材料和技術(shù)的投入使用，機(jī)務(wù)人員應(yīng)時(shí)刻保持學(xué)習(xí)和鉆研的態(tài)度，避免懈怠于日常的慣性思維。

參考文獻(xiàn)

[1]許燕杰，肇研，湯冰潔，王旭，段躍新. UVA紫外輻射對(duì)室內(nèi)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料性能的影響[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2013，30（2）：63-69.

[2] Summary of Repair Procedures for UV Damage Related Paint Peeling on 787 Wings [Z]. Boeing Research & Technology，2020-12-17.

[3] 787 Outer Wing （Section 12）Upper & Lower Panel Skin Full Paint Removal and Restoration Instructions [Z]. Revision 2021-1-27.

[4] 787-FTD-51-18001 [Z].