邵春宇 居遠志 符 彬 賁 強 楊嘉勤

1.國營蕪湖機械廠；2.空裝上海局駐蕪湖地區(qū)軍事代表室

1 引言

目前，無論是先進的軍用飛機還是民用大飛機都采用了整體油箱結構。整體油箱是將部分機身和機翼的承力結構設計為可儲存燃油的結構油箱，可改善飛機性能、減輕結構重量并增大載油量，也使得整體油箱密封問題成為貫穿設計、制造、使用和維護等環(huán)節(jié)的疑難問題[1]。

飛機結構油箱內的密封膠在實際使用過程中，受溫度和濕度變化及交變載荷等其他外在因素的影響而失效，進而導致滲漏油故障。與此同時，若外場飛機長期停放暴露在極端條件下（高溫、極寒或暴曬等），再次投入使用時更易出現(xiàn)油箱滲漏油故障[2]。

飛機在大修保障階段要對飛機整體油箱結構內部結構、密封膠狀態(tài)及外部滲漏油現(xiàn)象進行檢查和修理。針對原機結構油箱滲漏故障按工藝要求進行修理后，在油、氣密試驗驗證階段或是在油序試驗時，甚至是在外場試車時，均出現(xiàn)過原滲漏位置再次滲漏的現(xiàn)象。因此，針對不同階段不同部位的滲漏油故障，需依次從滲漏油故障原因的查找、故障內漏點及外漏點的準確定位、修理方案的制定及最終的施工操作等方面進行固化改進，以此提升結構油箱維修人員故障處理的能力和效率。

2 結構油箱滲漏故障常發(fā)部位及原因分析

2.1 滲漏油故障的常發(fā)部位

通過梳理統(tǒng)計歷年來某系列型號飛機滲漏油故障發(fā)生的特點和部位，發(fā)現(xiàn)燃油滲漏主要集中在密封膠刷涂不到位或密封膠刷涂后易產生損傷的區(qū)域。這類區(qū)域往往是結構連接形式復雜、受到的各類載荷較大，具體包括掛點接頭連接處、壁板搭接處、對縫處、翼肋和翼梁連接處等其他主承力結構連接區(qū)域。

2.2 原機滲漏油故障原因

大修保障階段結構油箱滲漏往往是因設計制造階段，局部存在裝配應力或密封膠涂敷質量不高，進而在外場特殊的服役環(huán)境及飛行載荷作用下，造成密封膠老化或剝離而失去密封效果[2-4]。具體而言，原機滲漏油主要有如下5 個原因。

一是原機密封劑刷涂質量不高，未能嚴格按照Q/6SZ 1949-2012 標準中相關要求進行刷涂；二是原機結構件/緊固件安裝質量不高，存在裝配應力，或是在使用過程中振動較大，造成結構件或緊固件松動，進而造成密封失效，燃油從結構間隙中滲出；三是原機密封托板螺母、密封墊圈等橡膠件安裝時不滿足使用要求，外場使用一定時間后密封失效導致油箱滲漏油；四是原機密封托板螺母、密封墊圈等橡膠件長期暴露在極端環(huán)境條件下因老化造成密封失效，進而導致油箱滲漏油；五是在使用維護過程中，油箱內部結構件/緊固件產生裂紋或受到其他損傷，這種情況相對較少，但出現(xiàn)時都是較嚴重的故障。

2.3 修理后再次出現(xiàn)滲漏油故障原因

受大修周期的限制，留給油箱滲漏排故的時間有限，如何準確找到滲漏點并快速有效地排除故障，是技術人員不斷創(chuàng)新研究的重要課題。通過不斷積累總結發(fā)現(xiàn)修理后再次出現(xiàn)滲漏油故障原因有以下2 點。一是滲漏油故障點定位不準確，未找到滲漏位置和原因，導致修理方案制定不合理，這主要是技術層面要關注的問題。二是密封膠刷涂質量不高，具體原因主要體現(xiàn)在操作和管理層面需要解決的問題。例如，余膠清理不徹底或清潔不充分，密封膠配制過程缺少有效的過程監(jiān)控措施，密封膠涂敷過程檢驗不到位，缺少有效的密封膠涂敷質量檢查標準，針對不同位置的不同故障不能熟練地選擇恰當?shù)拿芊饽z等。

3 結構油箱滲漏故障修理技術研究

在上述諸多滲漏油部位中，滲漏油最難排除的部位是結構連接形式復雜的掛點安裝區(qū)域。以下主要以掛點安裝區(qū)域滲漏油故障的排除工藝為例進行詳細研討。結合前文所述，修理后再次出現(xiàn)滲漏油故障原因，結構連接形式復雜的掛點區(qū)域滲漏故障修理技術研究主要分為內漏點的準確定位技術研究和密封膠的高質量刷涂工藝研究。

3.1 滲漏油故障點定位

3.1.1 外漏點的確定

外漏點判斷技術比較成熟[5]，這里僅對幾種外漏點判斷技術的優(yōu)缺點進行對比介紹，以便根據不同情況選擇其作為內漏點判斷的輔助手段。

油密試驗檢測方法[6]示意見圖1。因為航空煤油的滲透性高于空氣介質，油密試驗要求更滿足實際，所以通常會將油密試驗作為油箱滲漏油故障確定的最終標準。但油密試驗成本高、試驗準備實施周期長，因此在故障排除后一般先進行氣密試驗進行初步驗證。

氣密試驗檢測方法[6]示意見圖1。氣密試驗作為滲漏油故障檢查和排除驗證的輔助手段，靈敏性低但成本低、操作方便。

圖1 氣密、油密試驗示意圖

氦質譜檢漏方法目前還未完全代替油密試驗，一方面氦質譜檢測技術靈敏度太高[7]，因為油、氣自身的屬性還是存在差異，油密試驗更貼近實際，且利用油密試驗判斷故障點位置更準確；另一方面氦質譜檢漏技術在飛機密封試驗中不完全成熟，技術層面和操作層面都還有較大的優(yōu)化空間。然而氦質譜檢漏方法速度快、靈敏度高，可以量化漏點的漏率，是某一疑難故障修復及再驗證的最佳輔助方法。

3.1.2 內漏點的確定

確定內漏點時，首要的是查閱圖紙（或三維模型），摸清外漏點內部結構連接形式，結合流體自身特點（流動性和滲透性），從理論上初步判斷內漏點的位置，給出滲漏點位置可能性大小排序，排序示例見圖2，這是內漏點準確判斷的關鍵。

圖2 某支臂滲漏油故障內漏位置局部示意

其次檢查這些可能滲漏點周圍區(qū)域，確定是否存在結構裂紋、緊固件松動、密封膠不好的情況。根據結構滲漏可能性分析和實物質量檢查，基本可確定內漏點的位置。若是周圍區(qū)域結構裂紋較多或膠層開裂，說明此處存在裝配應力，制定修復方案時應提前考慮修復完工后裝配階段再次滲漏的風險。

最后結合沖壓法和抽真空法，并在修復驗證時選用外漏點快速確定技術（氦質譜檢漏技術）輔助判斷內漏點是否準確。沖壓法[5]又分為沖氣法（倒吹法）、吹液法（倒吹油）和沖氦氣法等方法，這3 種方法操作都比較復雜，且適用范圍受限，而一般的滲漏油故障根據外漏點及內部結構分析便可準確判斷出內漏點。抽真空法既是一種滲漏檢測方法（見圖3），也是一種滲漏故障排除驗證方法即局部真空罩盒法，（見圖4）。當內、外場出現(xiàn)油箱外表面滲漏油后不能準確判斷油箱內滲漏源時，若整體結構油箱外表面比較規(guī)整、空間開闊區(qū)域，便可利用此工藝方法進行快速定位故障點。

圖3 抽真空法檢測滲漏油故障示意圖

圖4 局部真空罩盒法輔助排除滲漏油故障示意圖

3.2 滲漏油故障排除方法

綜合分析滲漏油故障的深層次原因，并確定滲漏油具體的位置后，最后制定有效的滲漏油故障修復方案并準確實施，這是整體油箱快速修復的最佳流程。按修理具體方式可分為整體油箱結構表面密封修補技術、結構件/緊固件的重新帶膠安裝和結構件/緊固件換新修理等修理方式。結構件/緊固件的重新帶膠安裝和結構件/緊固件換新修理這兩種方案屬于縫內密封修補技術，一旦確定后操作質量相對可控。本節(jié)重點研究并固化整體油箱表面密封修補技術。

3.2.1 整體油箱表面密封常規(guī)修補技術

整體油箱常規(guī)表面密封修補技術主要涉及舊膠的清理、新膠的選擇和性能分析、新膠配膠和刷涂、檢查等步驟。

1）舊膠的清理。按照修理技術要求，對舊膠層進行清理和清洗，并刷涂完底涂后，即可開始涂敷密封劑；針對無法徹底清除的舊膠，只需清理、清洗到位，也可直接涂覆密封劑，相關試驗結果已表明這兩種涂敷密封劑的方式都能具有良好的粘接性能和密封效果[8]。

2）新膠的選擇和性能分析。當前工廠在修機型油箱結構的密封劑為HM109 系列改性聚硫密封劑，基膠為液態(tài)聚硫橡膠為主體材料，配合以硫化劑等制成密封劑。該類聚硫密封劑具有良好的耐各類環(huán)境性能，且具有良好的粘接性能。根據相似相溶理論，HM109系列改性聚硫密封劑新膠和舊膠之間也具有良好的粘接性能[9]。

3）新膠的配膠和刷涂。趙連紅等人[10]的相關研究表明對密封膠刷涂質量影響重要性依次為刷涂表面清潔度＞涂覆厚度＞溫度/濕度＞密封劑混合比，并研究發(fā)現(xiàn)剝離強度與待密封表面清洗程度、密封劑厚度大小成正相關，與密封劑溫度/濕度環(huán)境大小成負相關。隨溫度和濕度的提高，密封劑的活性期變短，而硫化速度增高，因此密封劑的配制和施工環(huán)境條件必須滿足工藝要求。密封劑刷涂時要在密封劑活性期內完成，對于內部油箱下表面夾層結構，需使用流淌性好的密封劑或稀釋后的密封劑，保證密封劑能夠充分浸潤和流平后達到密封修理的效果。對于內部油箱上表面相對平滑結構，要配制流淌性相對小的密封劑，這樣可防止因重力作用或流淌性造成密封劑的流失，進而密封失效[8]。

4）新膠的檢查。目視結合內窺鏡等對刷膠的質量進行檢查，膠層應無缺膠、膨脹、剝落、氣孔和壓痕等缺陷[11]。

以上4 個基本步驟無論哪一個環(huán)節(jié)都要求工作者認真仔細。完成上述步驟后，針對修復區(qū)域及周圍區(qū)域利用氦質譜檢測判斷是否完成故障排除，內場修理時氦質譜檢測合格后應再進行一次油密試驗，在外場則可直接加油驗證。

3.2.2 表面涂膠輔助手段研究

在一些結構件/緊固件無法重新分解安裝的區(qū)域，應重點研究改進表面刷涂工藝完成縫內密封失效的故障修復。羅俊等人[12]研究了飛機整體油箱真空膜負壓反滲透修補技術，該技術可輔助實現(xiàn)表面密封修復縫內密封失效的疑難故障，顯著提高整體油箱密封修補效率和可靠性。此外，羅俊等人[13]還研究了飛機整體油箱密封膠噴涂修補技術，該技術利用噴槍將混合攪拌后（聚硫密封膠粘度適中）的聚硫密封膠薄而均勻地噴涂在待修補區(qū)域，該方法噴涂質量高，主要應用在復雜區(qū)域或輕微泄漏區(qū)域。

目前，工廠在大修保障階段，對于因空間或結構限制，油箱內緊固件及結構件無法拆除，導致縫內密封失效的情況。首先在結構件外部刷涂相對稀薄的HM109 密封劑，其次利用局部真空罩盒法快速地將密封膠從油箱內吸出達到縫內密封效果，最后在結構外部表面正常刷涂HM109 密封劑，從而實現(xiàn)滲漏油故障快速排除。

4 結構油箱滲漏故障修復技術未來研究重點

為進一步提高飛機結構油箱修復效率，快速定位內部滲漏點，工廠已開展紅外熱成像技術在滲漏油故障點檢測方面的應用研究。此外，牛國臣等人[14]研究了一種油箱故障檢查機器人，能代替檢修人員進入油箱檢查缺陷，工作人員能夠在油箱外部操控機器人及查看油箱內故障情況。同時，針對機務人員檢查飛機油箱難度大的問題，牛國臣等人[15]又設計了一種連續(xù)型機器人，該機器人具有較強負載能力，能夠在外場較好地輔助操作人員完成復雜故障的檢查和排除。

綜上，目前尚無一種特定技術可以解決所有油箱滲漏油故障，任何一種油箱滲漏油故障都需綜合利用多種技術[16-18]后才能得以快速有效排除。針對當前的技術難點，一方面仍需不斷夯實基礎工藝優(yōu)化研究，保證密封膠刷涂質量及故障點定位的準確性，提升故障排除的效率；另一方面需要開展利用機器人檢查和修復飛機油箱方面的研究，利用機器人去檢查油箱（半封閉區(qū)域）的結構及密封膠狀態(tài)，并同步開展油箱內部機器人涂膠及拆裝緊固件方面設計開發(fā)研究，這類研究在未來將具有十分廣闊的應用前景。