羅文兵 李婷婷 王文濤 李安榮

摘要：為了解某型飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)腐蝕情況，對某型飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)腐蝕情況進(jìn)行了普查匯總，并對故障件進(jìn)行了分解、檢查，總結(jié)出某型飛機(jī)方向舵、水平尾翼、襟翼蜂窩腐蝕發(fā)生的主要部位，分析了腐蝕發(fā)生的主要原因。針對發(fā)現(xiàn)的蜂窩腐蝕部位及原因，制定了金屬蜂窩芯三種狀態(tài)的修理實施方案，并提出了相關(guān)的維護(hù)和改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：蜂窩結(jié)構(gòu)；腐蝕；修理

Keywords：honeycomb structure；corrosion；maintenance

0 引言

復(fù)合材料由于具有重量輕、比強(qiáng)度和比模量高、可設(shè)計并耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)點[1]，在現(xiàn)代飛機(jī)中得到較多的應(yīng)用。飛機(jī)上所應(yīng)用的復(fù)合材料，按其構(gòu)造形式一般可分為層合結(jié)構(gòu)和夾芯結(jié)構(gòu)兩大類。單純層合板在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用并不多，主要用于復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的面板、整流罩、蒙皮壁板、側(cè)壁板、梁腹板、貨艙地板、肋腹板等構(gòu)件[2，3]。由于蜂窩夾芯復(fù)合材料重量輕、造價低，而且具有良好的比強(qiáng)度和比剛度[4，5]，因此在夾芯結(jié)構(gòu)中，蜂窩芯材應(yīng)用最多。20世紀(jì)80年代，鋁合金蜂窩芯材廣泛應(yīng)用于某型飛機(jī)舵面上。隨著蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)在航空領(lǐng)域尤其是在軍事領(lǐng)域應(yīng)用的不斷增加，各種突發(fā)因素和環(huán)境都可能對蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)造成損傷。

飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)常見的損傷大致可分為表面損傷、脫粘損傷、單側(cè)面板損傷、穿透損傷和內(nèi)部積水五種形式[6]。而針對以上幾種損傷，國內(nèi)目前尚無有效檢查金屬蜂窩腐蝕的手段和方法。飛機(jī)在大修廠進(jìn)行翻修時，常采用X射線照相方法檢查蜂窩結(jié)構(gòu)是否進(jìn)水，通過打孔檢查判斷進(jìn)水區(qū)域是否發(fā)生腐蝕。但外場維護(hù)不具備X射線檢查條件，造成鋁合金蜂窩進(jìn)水腐蝕無法及時發(fā)現(xiàn)，給飛行安全帶來極大的隱患。2013年，某型飛機(jī)在飛行過程中發(fā)生方向舵蜂窩結(jié)構(gòu)后部撕裂脫落事故征候，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，該方向舵無外來物撞擊痕跡，剩余部分蜂窩芯表面呈暗灰色，有腐蝕斑點和白色腐蝕產(chǎn)物，并有多處腐蝕穿孔。經(jīng)調(diào)查組檢查發(fā)現(xiàn)，方向舵撕裂原因為蜂窩結(jié)構(gòu)嚴(yán)重腐蝕，造成蜂窩結(jié)構(gòu)剝離強(qiáng)度降低。由于蜂窩的腐蝕為不可見損傷，為保證飛行安全，避免類似事故征候再次發(fā)生，掌握飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)的腐蝕情況并制定后續(xù)改進(jìn)措施是非常有必要的。

某型飛機(jī)的全部活動舵面后部（包括襟翼、水平尾翼、方向舵等）都采用了膠接鋁蜂窩結(jié)構(gòu)，總面積達(dá)7.154m2，蜂窩結(jié)構(gòu)使用廣泛。在外場對該型飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行打孔檢查，通過對蜂窩芯腐蝕情況進(jìn)行普查，為該型飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)改善、制定并實施防腐措施、完善防腐工藝提供重要的依據(jù)。

1 腐蝕普查情況和分析

對某型飛機(jī)舵面蜂窩結(jié)構(gòu)的腐蝕情況進(jìn)行了普查，涉及服役地點、出廠時間、飛機(jī)型號、腐蝕部位等。本次普查的飛機(jī)共33架，舵面蜂窩共297件，腐蝕的蜂窩數(shù)為80件（包括輕微腐蝕和嚴(yán)重腐蝕），腐蝕率約為27%，腐蝕程度由輕微至嚴(yán)重，腐蝕面積不等。在此次普查飛機(jī)中，南方北方均有蜂窩舵面腐蝕發(fā)生，但在沿海、潮濕等地方使用的飛機(jī)上蜂窩舵面腐蝕比例較大。出廠時間最早為1987年，已接近日歷壽命，但檢查的9架該型飛機(jī)舵面蜂窩結(jié)構(gòu)卻均無腐蝕。發(fā)現(xiàn)腐蝕的80件舵面蜂窩結(jié)構(gòu)的出廠時間跨度為1990年12月至2005年12月，涉及多個型號多個批次的飛機(jī)?？梢姡涓C結(jié)構(gòu)的腐蝕與飛機(jī)服役時間長短、型號和批次無直接關(guān)系。

2 故障件分解檢查結(jié)果

2.1 方向舵分解、檢查

對某型飛機(jī)故障方向舵進(jìn)行分解檢查，發(fā)現(xiàn)方向舵自頂部向下約1000mm范圍內(nèi)發(fā)生面積較大的嚴(yán)重腐蝕，腐蝕趨勢自上而下，其他部位未發(fā)生腐蝕，如圖1所示。

分解檢查發(fā)現(xiàn)方向舵蜂窩存在進(jìn)水通路，蒙皮與骨架間板—板膠存在較大空隙缺陷，密封膠填充不充分、有孔洞或脫落，導(dǎo)致密封失效，雨水或潮濕空氣進(jìn)入蜂窩內(nèi)部。

2.2 水平尾翼分解、檢查

水平尾翼由左右兩個可差動操作的全動水平安定面組成，保證飛機(jī)的縱向平衡，保證飛機(jī)具有俯仰安定性和操作性。

前期普查發(fā)現(xiàn)14件平尾蜂窩后段腐蝕，其中輕微腐蝕2件，嚴(yán)重腐蝕12件。14件平尾翼尖部位均發(fā)生腐蝕，對其中5件進(jìn)行分解檢查，發(fā)現(xiàn)除翼尖均發(fā)生嚴(yán)重腐蝕外，3件平尾翼根部也出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕。腐蝕位置及分解檢查照片如圖2、圖3所示。

分解檢查發(fā)現(xiàn)水平尾翼蜂窩進(jìn)水通路使翼尖和翼根部位骨架交界處密封膠填充不充分，有掉膠和缺膠現(xiàn)象，導(dǎo)致密封失效，雨水或潮濕空氣進(jìn)入蜂窩內(nèi)部。

2.3 襟翼X射線檢查

襟翼安裝于機(jī)翼后緣，用于飛機(jī)起飛及降落時增加機(jī)翼的升力，從而減小飛機(jī)起飛和著陸時的滑行距離。

對15架大修飛機(jī)的60個襟翼進(jìn)行X射線檢查，發(fā)現(xiàn)有17件襟翼蜂窩內(nèi)部有水，打孔檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部蜂窩已發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。腐蝕部位如圖4所示。

嚴(yán)重腐蝕位于蜂窩結(jié)構(gòu)骨架交界區(qū)域，該部位結(jié)構(gòu)與平尾類似，進(jìn)水原因與其相同。

3 腐蝕機(jī)理及原因

通過對故障件的分解檢查，初步得出故障原因是雨水及潮濕空氣長期作用導(dǎo)致鋁合金蜂窩腐蝕。經(jīng)理化分析，腐蝕產(chǎn)物主要由鋁和氧兩種元素組成，從鋁和氧的含量上看，腐蝕產(chǎn)物主要是氧化鋁和少量氫氧化鋁，未檢出硫、氯等易導(dǎo)致腐蝕的元素。腐蝕產(chǎn)物主要是氧化鋁，進(jìn)一步說明了鋁合金蜂窩腐蝕是由于雨水或潮濕空氣長期作用導(dǎo)致的，腐蝕時間很長，蜂窩內(nèi)部積水或潮濕空氣較多。蜂窩進(jìn)水或有潮濕空氣且作用時間較長是腐蝕的根本原因；縫外XM-18密封膠填充不充分、脫落或失效以及板—板間、骨架間存在進(jìn)水通路是致使蜂窩腐蝕并發(fā)生故障的主因。

4 腐蝕控制方法研究

舵面蜂窩結(jié)構(gòu)經(jīng)打孔和X射線兩種方式檢查進(jìn)水和腐蝕情況，檢查結(jié)果分為三種：完好、只進(jìn)水未腐蝕、已腐蝕。對三種狀態(tài)的結(jié)構(gòu)實施如下維修方案。

4.1 完好蜂窩結(jié)構(gòu)實施方案

若蜂窩結(jié)構(gòu)浸水后X射線檢查未進(jìn)水，打孔檢查確定為無積水、未腐蝕的完好蜂窩結(jié)構(gòu)，堵孔后需在原縫外密封部位重新涂密封膠，密封膠完全固化后正常使用。密封膠選擇使用HM-109-1，相比原密封膠XM-18具有更好的流淌性，可以更充分地填充一些細(xì)小的通路。在涂密封膠前，應(yīng)先清潔待密封部位，并按工藝要求刷涂NJD-3底涂，若一次封堵固化后發(fā)現(xiàn)有未封堵處，可進(jìn)行二次封堵。

4.2 只進(jìn)水未腐蝕蜂窩結(jié)構(gòu)實施方案

若X射線檢查發(fā)現(xiàn)蜂窩內(nèi)部已進(jìn)水，或打孔檢查發(fā)現(xiàn)蜂窩內(nèi)部積水但未發(fā)生腐蝕，應(yīng)先將積水烘干，再用環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行堵孔，注膠時應(yīng)充分注滿，消除氣泡，并使膠液少量溢出孔外，待膠開始固化時刮平表面，并將孔邊清理干凈。完全固化后，恢復(fù)表面漆層并對進(jìn)水通路重新密封。密封膠固化后重新進(jìn)行浸水測試和X射線檢查，確認(rèn)密封有效未發(fā)生滲漏后，可繼續(xù)正常使用。無法進(jìn)行重新密封的蜂窩結(jié)構(gòu)應(yīng)停止使用，更換蜂窩結(jié)構(gòu)。

4.3 已腐蝕蜂窩結(jié)構(gòu)實施方案

若X射線檢查發(fā)現(xiàn)蜂窩內(nèi)部已進(jìn)水，而且打孔檢查發(fā)現(xiàn)蜂窩芯已發(fā)生腐蝕，則更換新蜂窩件，其他部分結(jié)構(gòu)繼續(xù)使用。

在民用飛機(jī)上，常用鑲接修理法和填充修理法對損傷的蜂窩芯進(jìn)行修理，但由于軍用飛機(jī)對機(jī)體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度要求較高，要求在較大的局部空氣動力下不發(fā)生鼓脹、下陷現(xiàn)象，對蜂窩芯的穩(wěn)定性要求較高，因此對損傷蜂窩的挖補(bǔ)修理并不常見。即若發(fā)現(xiàn)蜂窩芯發(fā)生腐蝕，應(yīng)更換新蜂窩。

在更換新蜂窩時，應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制，重點關(guān)注外場普查中發(fā)現(xiàn)的已發(fā)生腐蝕部位附近結(jié)構(gòu)的密封，特別是蜂窩結(jié)構(gòu)骨架交點處要密封。若發(fā)現(xiàn)有密封缺陷，應(yīng)及時進(jìn)行密封，確保用于更換修理的新蜂窩結(jié)構(gòu)的密封可靠性。

5 結(jié)束語

通過對某型飛機(jī)舵面蜂窩結(jié)構(gòu)的腐蝕情況進(jìn)行普查，掌握了其腐蝕情況和原因。方向舵腐蝕位置主要發(fā)生于頂部，腐蝕趨勢是自上向下；水平尾翼腐蝕部位主要集中在翼尖和翼根部位；襟翼嚴(yán)重腐蝕位于蜂窩結(jié)構(gòu)骨架交界區(qū)域。雨水及潮濕空氣的長期作用導(dǎo)致鋁合金蜂窩腐蝕?？p外XM-18密封膠填充不充分、脫落或失效以及板-板間、骨架間存在進(jìn)水通路是致使蜂窩腐蝕并發(fā)生故障的主因。同時，在更換新蜂窩時應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制，重點關(guān)注外場普查中發(fā)現(xiàn)的已發(fā)生腐蝕部位附近結(jié)構(gòu)的密封，特別是蜂窩結(jié)構(gòu)骨架交點處需密封，若發(fā)現(xiàn)有密封缺陷，應(yīng)及時進(jìn)行密封，確保用于更換修理的新蜂窩結(jié)構(gòu)的密封可靠性。還應(yīng)對蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行定檢和維護(hù)，排除進(jìn)水通路，阻止腐蝕進(jìn)一步擴(kuò)展，保證舵面蜂窩結(jié)構(gòu)的安全使用。

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作者簡介

羅文兵，工程師，主要從事飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理工作。