張黎明，張繼壘

（海軍92635 部隊(duì)，山東 青島 266041）

腐蝕是導(dǎo)致飛機(jī)零部件使用壽命縮短、設(shè)備故障以及安全事故發(fā)生的主要原因。隨著深海遠(yuǎn)海戰(zhàn)略的實(shí)施，為維護(hù)國(guó)家安全，我國(guó)艦載飛機(jī)每年的出海時(shí)間均在200 d 以上。海洋的高溫度、高濕度和高鹽度環(huán)境會(huì)加速飛機(jī)的腐蝕。旋翼是艦載直升機(jī)的主要升力源，它不僅給艦載直升機(jī)提供飛行所需的升力，同時(shí)還給艦載直升機(jī)提供機(jī)動(dòng)飛行所需的主要操縱力。旋翼在工作時(shí)，要承受強(qiáng)大的離心力和復(fù)雜多變的空氣動(dòng)力，是艦載直升機(jī)上最大的承力部件。對(duì)旋翼的維護(hù)是保證艦載直升機(jī)飛行安全的重要基礎(chǔ)，而旋翼的防腐蝕工作則是維護(hù)中的重中之重[1-2]。

鑒于此，針對(duì)高溫、高濕和高鹽霧的環(huán)境，開(kāi)展對(duì)新型艦載機(jī)旋翼腐蝕防護(hù)的研究和設(shè)計(jì)，對(duì)于減輕腐蝕對(duì)旋翼的危害，避免出現(xiàn)重大腐蝕故障，延長(zhǎng)使用壽命，保障飛行安全具有重要意義[3-5]。針對(duì)在高溫度、高濕度和高鹽度的海洋環(huán)境中新型艦載直升機(jī)旋翼腐蝕嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)材料本身、使用過(guò)程防護(hù)監(jiān)控和處理方法進(jìn)行評(píng)估和分析。結(jié)合旋翼腐蝕的特點(diǎn)和原因，提出了合理化的建議和修改方向，確定了加強(qiáng)設(shè)計(jì)工藝和加大腐蝕防護(hù)力度為今后的重點(diǎn)改善方向。

1 直升機(jī)旋翼迎風(fēng)面腐蝕機(jī)理

1.1 腐蝕現(xiàn)象

在軍用領(lǐng)域，旋翼迎風(fēng)面的侵蝕和腐蝕行為備受關(guān)注。公開(kāi)文獻(xiàn)中卻很少有關(guān)于葉片迎風(fēng)面侵蝕的詳細(xì)和全面記錄的例子，人們普遍認(rèn)為，葉片迎風(fēng)面侵蝕是相關(guān)設(shè)備制造商和運(yùn)營(yíng)商面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)[6]。

隨著航母訓(xùn)練常態(tài)化，艦載直升機(jī)海上飛行時(shí)間的不斷增長(zhǎng)和活動(dòng)范圍的不斷增加，旋翼腐蝕問(wèn)題十分廣泛，主要有以下4 種現(xiàn)象：旋翼迎風(fēng)面陸續(xù)出現(xiàn)了點(diǎn)蝕，通常是由湍流引起的，表明其金屬防護(hù)件已被腐蝕；旋翼后緣調(diào)整片的漆層脫落，調(diào)整片產(chǎn)生銹蝕；旋翼個(gè)別固定支座鍍層脫落，緊固件發(fā)生腐蝕；旋翼槳葉銷(xiāo)有不同程度的磨損或磨蝕[7]。

考慮到飛行過(guò)程和停放期間所涉及的各類(lèi)情況，旋翼的常見(jiàn)腐蝕類(lèi)型大致可以分為以下幾種[5]：

1）旋翼結(jié)構(gòu)件在飛行過(guò)程中受力（拉伸或壓縮），在腐蝕介質(zhì)共同作用下引起的應(yīng)力腐蝕。

2）因停放于潮濕環(huán)境下引發(fā)的腐蝕，特別是艦載直升機(jī)所處的服役環(huán)境是高溫、高濕、高鹽的海洋環(huán)境，因此葉片的腐蝕也涉及基于氯離子相關(guān)的電化學(xué)腐蝕[8]。

3）腐蝕介質(zhì)進(jìn)入旋翼表面的加工或磨損產(chǎn)生的縫隙所導(dǎo)致的縫隙腐蝕。其中，噴有漆層的鋁合金老化后，表面會(huì)呈現(xiàn)絲狀或網(wǎng)狀的絲狀腐蝕。這類(lèi)腐蝕是由于漆層老化或外力因素引起開(kāi)裂后形成縫隙，潮氣（水蒸氣或雨水等）、液壓油等進(jìn)入后形成的一種縫隙腐蝕，如圖1a、b 所示。

圖1 旋翼迎風(fēng)面腐蝕現(xiàn)狀Fig.1 Corrosion status of rotor leading edge

4）旋翼表面大部分不發(fā)生腐蝕或腐蝕很輕微，但局部區(qū)域會(huì)出現(xiàn)腐蝕小孔，并向深處發(fā)展的坑點(diǎn)腐蝕。

5）旋翼金屬材料微觀層面晶界腐蝕導(dǎo)致的剝落腐蝕。

處于飛行狀態(tài)下的直升機(jī)，其旋翼迎風(fēng)面的腐蝕現(xiàn)象通常是由腐蝕和侵蝕引起的綜合效應(yīng)而導(dǎo)致的，即侵蝕腐蝕。侵蝕腐蝕是由金屬表面上湍流的快速流動(dòng)引起的，湍流條件下的侵蝕速率會(huì)增加，在旋翼表面發(fā)現(xiàn)的點(diǎn)蝕通常是由湍流造成的。受外界尖銳物造成的物理破損（如圖1c 所示），若不及時(shí)修補(bǔ)，飛行中產(chǎn)生的湍流會(huì)使得腐蝕介質(zhì)進(jìn)一步侵入葉片，加速不可逆的腐蝕過(guò)程。此外，迎風(fēng)面的腐蝕也可能是由于工藝不良造成的。如果在安裝過(guò)程中未除凈迎風(fēng)面的毛刺，這些毛刺就會(huì)導(dǎo)致飛行狀態(tài)下的局部湍流，阻礙流體的順利流動(dòng)，導(dǎo)致點(diǎn)蝕率增高，加速縮減旋翼的使用壽命。當(dāng)流體流經(jīng)旋翼迎風(fēng)面時(shí)，流體的速度及其表面上運(yùn)動(dòng)的物理效應(yīng)與運(yùn)動(dòng)流體的腐蝕作用相結(jié)合，這反過(guò)來(lái)將導(dǎo)致金屬的加速損失。金屬通常有一層保護(hù)膜，這是第一個(gè)被流體侵蝕的部分。一旦薄膜消失，裸露的金屬就會(huì)受到腐蝕。這種類(lèi)型的腐蝕在狹窄區(qū)域很常見(jiàn)，如堵塞、入口端、泵葉輪以及其他流速高的地方[9]。侵蝕形式中最常見(jiàn)的是空泡腐蝕，這是一種由高速葉輪產(chǎn)生的氣泡引起的特殊類(lèi)型，會(huì)導(dǎo)致金屬表面形成凹坑[10]。由圖1d 可見(jiàn)，葉片迎風(fēng)面邊緣處排列著密密麻麻的小凹坑，這是典型的空泡腐蝕。作為流體的空氣和水一樣，局部的湍流都會(huì)增加點(diǎn)蝕的風(fēng)險(xiǎn)，壓強(qiáng)的變化會(huì)破壞葉片表面的保護(hù)層，從而侵蝕葉片。

1.2 迎風(fēng)面腐蝕危害

為了更好地理解迎風(fēng)面腐蝕或侵蝕對(duì)葉片的危害性，需要考慮這種腐蝕或侵蝕對(duì)葉片的性能和壽命以及進(jìn)一步對(duì)整個(gè)直升機(jī)的飛行性能所產(chǎn)生的影響。旋翼葉片重要的特性之一是其空氣動(dòng)力學(xué)性能，如果葉片迎風(fēng)面發(fā)生損壞，那么由于葉片表面粗糙化，可能會(huì)對(duì)其空氣動(dòng)力學(xué)性能構(gòu)成嚴(yán)重威脅，從而影響葉片的性能。這一方面會(huì)影響機(jī)組的任務(wù)調(diào)用，同時(shí)也可能給直升機(jī)本身帶來(lái)不能預(yù)見(jiàn)的設(shè)計(jì)之外的載荷，這些均不利于直升機(jī)更好地發(fā)揮其基本的空氣動(dòng)力學(xué)性能。

1）影響設(shè)備壽命。在風(fēng)力發(fā)電方面，根據(jù)丹麥公司Blade Dynamic 在2015 年的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，迎風(fēng)面腐蝕問(wèn)題可能會(huì)帶來(lái)5%甚至更多的年發(fā)電量損失[11]。Dalili 等[12]指出，僅葉片上的昆蟲(chóng)碎片就可能導(dǎo)致渦輪機(jī)輸出功率減少50%，這對(duì)任何風(fēng)力渦輪機(jī)的效率都是一個(gè)重大打擊。如果腐蝕過(guò)于嚴(yán)重，長(zhǎng)時(shí)間得不到妥善處理，會(huì)進(jìn)一步影響葉片的其他部分，引起局部膨脹、積水，最終導(dǎo)致葉片整體受損，難以修復(fù)。為了了解侵蝕對(duì)葉片的危害，有必要考慮這種侵蝕對(duì)葉片性能和壽命的影響。雖然危害影響不能完全消除，但通過(guò)對(duì)翼型的選擇、葉片設(shè)計(jì)及操作策略，可以大大降低葉片對(duì)表面粗糙度或污染的敏感度[13]。

2）影響葉片性能。Sareen 等[14]發(fā)現(xiàn)，風(fēng)力渦輪機(jī)翼的迎風(fēng)面侵蝕可以產(chǎn)生明顯的空氣動(dòng)力性能退化。在這項(xiàng)研究中，對(duì)不同侵蝕程度的迎風(fēng)面侵蝕類(lèi)型的機(jī)翼進(jìn)行了測(cè)試，以評(píng)估侵蝕對(duì)性能的影響，發(fā)現(xiàn)這種影響導(dǎo)致了迎風(fēng)面阻力的大幅增加和失速的早期發(fā)生（即在較低的攻角）。研究結(jié)果顯示，由于不同程度的迎風(fēng)面侵蝕，其受到的阻力增加了6%～500%，可能導(dǎo)致每年能源產(chǎn)量減少約5%[15]。為了評(píng)估其迎風(fēng)面保護(hù)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，Grasso 等[16]研究了迎風(fēng)面侵蝕可能對(duì)渦輪機(jī)功率輸出產(chǎn)生的影響。葉片迎風(fēng)面的具體腐蝕情況取決于位置和面積大小，亟待進(jìn)一步研究，以確定一種最佳方案，從而最大限度地減少任何有害的空氣動(dòng)力學(xué)影響。

3）影響維護(hù)成本。迎風(fēng)面損壞的發(fā)生不僅帶來(lái)了與葉片材料性能退化有關(guān)的問(wèn)題，而且還帶來(lái)了與此類(lèi)損壞的后續(xù)修復(fù)和相關(guān)的預(yù)防性維護(hù)等一系列問(wèn)題。特別的，在腐蝕預(yù)警以及突發(fā)或例行的修復(fù)工作中，所需相關(guān)材料和工藝的選擇直接影響到了設(shè)備的維護(hù)成本和維護(hù)后的使用體驗(yàn)。Bladena 等[17]的葉片檢查說(shuō)明書(shū)提供了一個(gè)檢查和分類(lèi)葉片損壞的指南，可以用來(lái)確定何時(shí)需要開(kāi)展修復(fù)工作，以及修復(fù)工作的具體內(nèi)容，將維護(hù)成本降到最低。其中，該手冊(cè)認(rèn)為，侵蝕滲透到葉片受損的迎風(fēng)面保護(hù)層，應(yīng)在6 個(gè)月內(nèi)修復(fù)，當(dāng)損壞穿過(guò)第一層層壓板時(shí)，應(yīng)在3個(gè)月內(nèi)進(jìn)行修理，只有當(dāng)損壞穿過(guò)整個(gè)層壓板厚度時(shí)，才需要立刻進(jìn)行修理。

綜上所述，旋翼腐蝕若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)、不采取預(yù)防措施以及不及時(shí)修理，不僅會(huì)造成更大規(guī)模和程度的結(jié)構(gòu)修理，甚至危及艦載直升機(jī)安全及機(jī)組人員的生命安全。因此，腐蝕的預(yù)防和早發(fā)現(xiàn)、早修理就顯得尤其重要。若發(fā)現(xiàn)旋翼存在腐蝕隱患，在嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)維護(hù)手冊(cè)中旋翼結(jié)構(gòu)件修理要求的前提下，清除腐蝕或更換腐蝕件，并對(duì)旋翼受損處給以及時(shí)的防護(hù)措施。正確使用防腐蝕的相關(guān)技術(shù)，可以大大地抑制腐蝕形成的條件，延緩腐蝕的發(fā)生。此外，考慮到腐蝕對(duì)旋翼空氣動(dòng)力學(xué)的危害性，降低腐蝕造成的能源及性能的損失，筆者認(rèn)為：加強(qiáng)在設(shè)計(jì)階段的艦載直升機(jī)制造工藝水平，從源頭建立艦載直升機(jī)腐蝕防護(hù)體系；建議提高機(jī)務(wù)人員在旋翼防腐蝕工作上的能力；將腐蝕檢查作為檢查艦載直升機(jī)的一項(xiàng)重要內(nèi)容和指標(biāo)；建立旋翼腐蝕監(jiān)控制度，收集整理旋翼腐蝕信息，及時(shí)總結(jié)積累旋翼腐蝕防護(hù)經(jīng)驗(yàn)和修理工藝，有利于旋翼腐蝕防控的系統(tǒng)化、規(guī)模化。

1.3 腐蝕原因

主旋翼葉片是直升機(jī)結(jié)構(gòu)中受力較大的部件之一，因此與其他部件相比，它們?cè)谶\(yùn)行期間要接受更頻繁的檢查。檢查過(guò)程中檢測(cè)到的一種損壞是防腐蝕層碎片從迎風(fēng)面局部剝離，這種看起來(lái)無(wú)害的損傷是非常危險(xiǎn)的，因?yàn)樗芸鞎?huì)導(dǎo)致葉片的層間分離。沒(méi)有金屬外殼或其他保護(hù)膜保護(hù)的迎風(fēng)面會(huì)迅速腐蝕，而高速拋出的分離層會(huì)危及直升機(jī)的其他部件，比如尾翼。如果編隊(duì)飛行，可能會(huì)對(duì)其他直升機(jī)造成損壞[18]。侵蝕和磨損所造成的勞動(dòng)力和物質(zhì)資源浪費(fèi)是十分可觀的。侵蝕是一種磨損，通常指小顆粒撞擊材料表面的磨損現(xiàn)象[19]。直升機(jī)旋翼的腐蝕和磨損不僅會(huì)造成能源浪費(fèi)，還會(huì)增加設(shè)備維護(hù)頻率，甚至引發(fā)安全事故。顆粒和目標(biāo)材料性質(zhì)的變化會(huì)影響材料侵蝕速率的變化[20]。

經(jīng)過(guò)對(duì)某型直升機(jī)腐蝕狀況調(diào)查的深入分析，筆者總結(jié)出該型直升機(jī)旋翼產(chǎn)生的腐蝕、侵蝕行為主要來(lái)自以下幾種原因：

1）停放環(huán)境相對(duì)惡劣。艦載直升機(jī)大部分時(shí)間停放在航母甲板上，經(jīng)常遭受高溫、高濕、高鹽以及持續(xù)干濕交替循環(huán)的環(huán)境侵蝕，嚴(yán)重時(shí)在旋翼表面上冷凝著一層薄薄的鹽層。同時(shí)，航母動(dòng)力燃燒的廢氣，以及艦載戰(zhàn)斗機(jī)在起飛、著艦過(guò)程中，尾氣中的硫、氮氧化物與海洋鹽霧組合成的高酸潮濕層，會(huì)在旋翼表面形成酸性液膜，一定程度上加速了腐蝕。

2）制造工藝不恰當(dāng)。該型艦載直升機(jī)旋翼迎風(fēng)面的厚度較大，后緣厚度小，后緣常有細(xì)小的裂紋或缺口，容易受到腐蝕的侵入。旋翼的鋼緊固件采用鍍鋅、鍍鎘工藝進(jìn)行表面處理，由于鍍層的耐磨性能較差，多次拆卸后，容易脫落，如圖2 所示。旋翼槳葉銷(xiāo)主要采用硬質(zhì)陽(yáng)極化、電鍍硬鉻工藝，在海洋性環(huán)境中的耐蝕性較差。造成腐蝕發(fā)生的重要因素還有葉片的制造工藝。比如，葉片制造過(guò)程中是否包含了迎風(fēng)面保護(hù)的工序，在制造過(guò)程中的微小瑕疵，可能也會(huì)造成腐蝕，比如加工過(guò)程中那些微小的氣泡。

圖2 直升機(jī)中熱滲鋅緊固件的腐蝕Fig.2 Corrosion of hot-dip galvanized fastener in helicopter

3）腐蝕監(jiān)控不到位。機(jī)務(wù)人員對(duì)研究“三高”環(huán)境下的旋翼腐蝕防護(hù)工作重視程度不夠，部隊(duì)在旋翼腐蝕防護(hù)基礎(chǔ)理論知識(shí)、探測(cè)診斷方式方法、旋翼腐蝕防護(hù)處理等方面的認(rèn)知比較薄弱。旋翼檢查不到位，如某部機(jī)務(wù)人員在檢查旋翼時(shí)，只注重檢查迎風(fēng)面有無(wú)損傷，而忽略了對(duì)后緣的維護(hù)和檢查，導(dǎo)致后緣調(diào)整片的漆層脫落未能及時(shí)修復(fù)，調(diào)整片銹蝕而提前返廠進(jìn)行修理。

4）處理方法簡(jiǎn)單有限。日常機(jī)務(wù)維護(hù)工作中，缺乏旋翼腐蝕防護(hù)系統(tǒng)的理論培訓(xùn)和實(shí)操帶教。對(duì)旋翼發(fā)生的腐蝕，部隊(duì)沒(méi)有一套完善的腐蝕處理方法，主要是采用打磨、涂漆或油脂的方式，腐蝕處理與防護(hù)手段簡(jiǎn)單有限。因此，加強(qiáng)該型艦載直升機(jī)旋翼的腐蝕防護(hù)工作，有效提升機(jī)務(wù)人員腐蝕防護(hù)水平顯得尤為重要[21]。

2 直升機(jī)旋翼迎風(fēng)面腐蝕防護(hù)技術(shù)

某型直升機(jī)旋翼由主槳葉、主槳轂以及旋翼折疊系統(tǒng)組成。主槳葉采用先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，典型剖面采取多閉腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了主槳葉的損傷容限能力。主槳葉設(shè)有靜、動(dòng)平衡調(diào)整措施，具有單片互換的能力。主槳轂采用了球柔性槳轂構(gòu)型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)性好、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，裝有液壓驅(qū)動(dòng)的槳葉自動(dòng)折疊系統(tǒng)[22-23]。

2.1 改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為防止艦載直升機(jī)旋翼腐蝕，在設(shè)計(jì)制造時(shí)采取了很多保護(hù)措施。如作為主槳葉主要承力構(gòu)件的大梁，鋪設(shè)在主槳葉內(nèi)部迎風(fēng)面，由玻璃無(wú)緯帶構(gòu)成，蒙皮由玻璃布和碳布混合鋪設(shè)而成。槳尖蒙皮表面布置銅網(wǎng)，部位有2 個(gè)靜、動(dòng)平衡配重支座，由復(fù)合材料制成，內(nèi)填不銹鋼平衡配重。在槳尖、槳根迎風(fēng)面有聚氨酯保護(hù)帶、不銹鋼包片和金屬鎳包片，這些材料可有效提高主槳葉抗雨水、砂塵磨蝕能力。同時(shí)，在維護(hù)手冊(cè)上規(guī)定，對(duì)主槳葉的保養(yǎng)要用海綿蘸取中性水基清潔劑擦洗，經(jīng)清水沖洗后，用吸水性較好的無(wú)絨軟布擦拭干凈。禁止使用任何對(duì)主槳葉有腐蝕、滲透和溶解的溶液（如汽油、煤油、酒精等）清洗槳葉。拆卸過(guò)程中，要特別注意不能損壞主槳葉，包括碰傷、刮傷、損傷漆層和主槳葉后緣等，防止因損壞、漆層脫落而造成主槳葉的腐蝕[24]。

2.2 腐蝕后物理修復(fù)

旋翼葉片局部損壞后，僅對(duì)迎風(fēng)面玻纖布受損區(qū)域進(jìn)行修復(fù)。具體操作步驟如下：1）對(duì)迎風(fēng)面受損玻纖布區(qū)域進(jìn)行打磨、清理，確保受損區(qū)域無(wú)殘留破損玻纖；2）根據(jù)具體受損情況，決定需鋪布的玻纖層數(shù)；3）待鋪布的玻纖布干透之后，進(jìn)行表面打磨；4）對(duì)新鋪布區(qū)域刮膩?zhàn)?，膩?zhàn)痈赏钢蟠蚰?。該方案的?yōu)點(diǎn)是施工相對(duì)簡(jiǎn)單，費(fèi)用相對(duì)較低，但是沒(méi)有從根本上解決迎風(fēng)面風(fēng)蝕的問(wèn)題，運(yùn)行3～4 a 后，可能要面臨同樣的維護(hù)[25]。

2.3 刷涂基體防護(hù)漆

基體防護(hù)漆通常由抗沖擊材料組成，可以應(yīng)用到葉片的表面。該涂料按應(yīng)用情況可分模內(nèi)技術(shù)和模后技術(shù)。

模內(nèi)技術(shù)是在模具制造過(guò)程中將涂料（即膠衣）應(yīng)用于基體材料，涂料通常是環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯或聚氨酯[26]。膠衣是模具的第一層，纖維鋪在上面。然后將纖維注入樹(shù)脂，與整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行固化，在膠衣和基體材料之間形成化學(xué)鍵。當(dāng)葉片從模具中取出時(shí)，膠衣就變成了外層。模內(nèi)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需額外的制造步驟，即可在葉片表面施加保護(hù)涂層。為了確保葉片的力學(xué)性能和耐久性，復(fù)合材料層壓板和膠衣之間需要有最佳的附著力[27]。在模后技術(shù)中，將柔性涂層（如聚氨酯）在產(chǎn)品成形之后應(yīng)用于葉片表面，通常通過(guò)滾筒或噴涂方式實(shí)施涂布。這種涂布是多層的，需要將復(fù)合填料層涂敷在葉片上，從而為柔性涂層的涂布提供光滑的表面[28]。聚氨酯被廣泛用于防腐涂層，它們?cè)谠S多情況下具有類(lèi)似復(fù)合材料的分段微結(jié)構(gòu)，是由硬段和軟段組成的一種互穿網(wǎng)絡(luò)，硬段的占比對(duì)聚合物的剛度和強(qiáng)度正相關(guān)，而軟段控制著韌性和材料的阻尼性能，聚氨酯材料對(duì)于開(kāi)發(fā)堅(jiān)韌的涂層提供了很好的選擇[29]。Keegan 等[30]通過(guò)建立有限元模型以區(qū)別分析膠衣和柔性涂層的損傷機(jī)制，無(wú)論是在單獨(dú)使用的情況下，還是應(yīng)用于葉片表面時(shí)，膠衣的主要損壞形式都是表面退化和侵蝕，而柔性涂層通過(guò)形變使沖擊響應(yīng)更平滑，減少了表面損傷。

相比之下，模內(nèi)技術(shù)制成的膠衣通常很脆，具有很高的聲阻抗，而模后技術(shù)得到的柔性涂層通常更具延展性，且阻抗低。柔性涂層表現(xiàn)出高應(yīng)變失效率，并降低了沖擊表面的應(yīng)力，有效抑制了振蕩的應(yīng)力波，確保沖擊能量迅速消散，減少迎風(fēng)面的磨損。膠衣和柔性涂層的不同性質(zhì)使得它們?cè)陬w粒撞擊下表現(xiàn)出不同的響應(yīng)，同時(shí)也取決于旋翼的具體運(yùn)行環(huán)境?；诨瘜W(xué)鍵相互作用實(shí)現(xiàn)基體材料粘接的策略，使得膠衣材料有很好的附著能力，有利于抵抗旋翼運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中基于物理運(yùn)動(dòng)的侵蝕作用。基于搭建分子鏈互穿網(wǎng)絡(luò)的柔性涂層，通過(guò)二維網(wǎng)絡(luò)中硬段和軟段的合理分配，受到外力沖擊時(shí)進(jìn)行分子鏈間相互作用的能量耗散和重組，也能夠有效地降低外力引起的損傷，從而實(shí)現(xiàn)迎風(fēng)面防護(hù)的目的，但是復(fù)合基材的加入，會(huì)導(dǎo)致涂層與基材之間的結(jié)合力減弱。因此，只有在確保粘結(jié)牢固且持久的前提下，加入適量的復(fù)合基材，避免發(fā)生剝離，從而利用涂層減少葉片表面損傷保護(hù)。

迎風(fēng)面玻纖布受損區(qū)域修復(fù)完后，對(duì)葉尖迎風(fēng)面15 m 左右區(qū)域（根據(jù)運(yùn)行歷年的運(yùn)行情況，該區(qū)域腐蝕較嚴(yán)重）刷防蝕漆（迎風(fēng)面保護(hù)漆）。對(duì)于使用漆膜進(jìn)行表面防護(hù)，缺點(diǎn)是增加了施工難度、工期和費(fèi)用，但能延長(zhǎng)維修周期（3～5 a），且施工難度和費(fèi)用相比較于物理修復(fù)低，應(yīng)用更廣。目前，時(shí)代新材新出產(chǎn)葉片在葉尖迎風(fēng)面都涂刷了迎風(fēng)面保護(hù)漆。

2.4 修復(fù)后貼膜

對(duì)葉片進(jìn)行涂層防護(hù)后，通常還需要將另一種高度柔性的膜（通常是聚氨酯）應(yīng)用到葉片的迎風(fēng)面上。與柔性涂層類(lèi)似，這類(lèi)保護(hù)膜也具有低阻抗和良好的延展性，可通過(guò)變形來(lái)減弱飛行過(guò)程中招致的初始沖擊。在貼膜方面，市場(chǎng)上常規(guī)采用的為3M 保護(hù)膜對(duì)迎風(fēng)面玻纖布受損區(qū)域進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)完后，對(duì)葉尖迎風(fēng)面15 m 左右區(qū)域增加保護(hù)膜（3M），如圖3 所示。貼膜和涂層涂布無(wú)一例外，都需要考慮與葉片表面的附著力、耐磨程度以及抗化學(xué)腐蝕能力。目前市場(chǎng)上品質(zhì)優(yōu)良且應(yīng)用廣泛的保護(hù)膜材料多為3M品牌，該品牌的保護(hù)膜在耐磨技術(shù)、粘接技術(shù)、超細(xì)涂布以及基體材料的設(shè)計(jì)與工藝都在世界前列。在機(jī)翼防護(hù)的應(yīng)用方面，3M 可以提供超輕耐磨的保護(hù)膜，同時(shí)對(duì)紫外線、潮濕、低溫環(huán)境等加速腐蝕或侵蝕過(guò)程的外界因素有很好的屏蔽的作用。此外，作為一種非金屬性隔熱膜，它不會(huì)對(duì)電子設(shè)備、GPS 或衛(wèi)星無(wú)線電接收造成干擾，適用于艦載直升機(jī)的服役和停放環(huán)境。

圖3 在旋翼迎風(fēng)面貼膜Fig.3 Film in the rotor leading edge

如上所述，減少材料內(nèi)部的缺陷是提高材料本身保護(hù)壽命的關(guān)鍵。保護(hù)膜本身是在受控車(chē)間的環(huán)境下生產(chǎn)的，其本身的質(zhì)量受到環(huán)境濕度和人工操作的影響。合理完善的車(chē)間環(huán)境和政策對(duì)于高質(zhì)量保護(hù)膜的生產(chǎn)起著決定性作用，最直接的影響就是減少保護(hù)膜本身由于生產(chǎn)條件原因引入的缺陷。此外，與化學(xué)涂層不同，保護(hù)膜的應(yīng)用不受天氣條件的影響，因此被認(rèn)為是一個(gè)更可靠的維修解決方案，適用于現(xiàn)場(chǎng)維修[31]。貼膜本身是一個(gè)極度依賴(lài)手工操作的過(guò)程，涂布器需要確保表面光滑，從而避免貼膜時(shí)由于膜本身大小不匹配被貼的區(qū)域而引起褶皺和收縮。此外，還建議使用封邊器來(lái)保護(hù)膜的邊緣，以免后續(xù)的貼膜引入人為的風(fēng)險(xiǎn)，例如帶入氣泡等。因此，貼膜在現(xiàn)場(chǎng)維修的情況下顯得極具挑戰(zhàn)性，一個(gè)區(qū)域粘合力的下降可能會(huì)導(dǎo)致保護(hù)膜沿著整個(gè)葉片的方向脫粘。

2.5 主槳轂定期維護(hù)

對(duì)于主槳轂（如圖4 所示），維護(hù)手冊(cè)[32]規(guī)定，應(yīng)定期對(duì)主槳轂液壓阻尼器進(jìn)行換油，目視檢查主槳轂連接件組件與液壓阻尼器連接耳片部位耐磨墊圈的固定和磨損情況，如果磨損處邊沿厚度小于規(guī)定或發(fā)生松動(dòng)，應(yīng)更換耐磨墊圈。檢查主槳轂變距搖臂止動(dòng)墊圈的固定和磨損情況，如果磨損處邊沿厚度小于規(guī)定或發(fā)生松動(dòng)，應(yīng)更換耐磨墊圈。起吊主槳轂的過(guò)程中，要避免對(duì)中央件和旋翼軸造成損害（撞擊、擦傷、花鍵損壞），拆下的主槳轂散裝零件應(yīng)進(jìn)行油封，并妥善保存，防止因松動(dòng)磨損、保管不善而造成主槳轂連接件、搖臂、零件的腐蝕。

圖4 旋翼主槳轂Fig.4 Rotor hub

事實(shí)上，對(duì)主槳轂的定期維護(hù)不僅僅是為了保證主槳轂與旋翼連接部位的有效運(yùn)作而減少安全隱患，更重要的是基于一系列的零件維護(hù)，極大程度地降低旋翼在除飛行、靜置之外的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，尤其是軸承部分零件的老化或磨損會(huì)增加旋翼的運(yùn)作負(fù)擔(dān)，從而加速被侵蝕進(jìn)程[33]。這些措施和規(guī)定都為旋翼的腐蝕防護(hù)打下了良好的基礎(chǔ)。

3 直升機(jī)旋翼防腐工作建議

3.1 加強(qiáng)設(shè)計(jì)制造工藝水平

受科技水平、材料及工藝等多方面限制，艦載直升機(jī)在型號(hào)設(shè)計(jì)階段，缺少專(zhuān)門(mén)的防腐蝕設(shè)計(jì)，還存在著諸如防護(hù)工藝設(shè)計(jì)不足、材料選用方面較少考慮耐腐蝕性等問(wèn)題。由于制造工藝的缺陷引入微小瑕疵，以及出廠前的迎風(fēng)面保護(hù)不完善，都會(huì)給后期實(shí)際飛行和使用過(guò)程中的迎風(fēng)面腐蝕埋下隱患。

建議首先從設(shè)計(jì)階段入手，加強(qiáng)艦載直升機(jī)制造工藝水平，加大部隊(duì)在設(shè)計(jì)論證階段的參與度，從源頭建立艦載直升機(jī)腐蝕防護(hù)體系，從根本上對(duì)旋翼的腐蝕問(wèn)題予以解決。另外，建立技術(shù)支援與信息反饋機(jī)制，部隊(duì)?wèi)?yīng)將收集的旋翼腐蝕情況反饋給艦載直升機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠所，協(xié)調(diào)其設(shè)計(jì)、技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)了解旋翼的腐蝕情況，并對(duì)旋翼的腐蝕情況進(jìn)行全面普查，通過(guò)歸納整理，共同分析旋翼腐蝕產(chǎn)生的原因，制定外場(chǎng)腐蝕處理的措施，提出設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。

3.2 加強(qiáng)旋翼腐蝕防護(hù)力度

高溫、高濕、高鹽環(huán)境對(duì)旋翼性能的影響很大，在日常維護(hù)中，機(jī)務(wù)人員應(yīng)加強(qiáng)旋翼的腐蝕防護(hù)力度。一方面，做好旋翼的清潔工作，越是正確地、徹底地清潔旋翼，并完全清除嵌入旋翼中的腐蝕物，發(fā)生腐蝕的可能性就越小。要做到海上飛行1 次，地面清潔1 次，防護(hù)檢查1 次。另外，將旋翼腐蝕防護(hù)工作列入機(jī)械日、定檢等工作內(nèi)容中，定期對(duì)旋翼進(jìn)行擴(kuò)大面檢查與維護(hù)。把旋翼的腐蝕檢查作為干部檢查飛機(jī)的一項(xiàng)重要內(nèi)容和指標(biāo)，加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)干部檢查督促的力度。

3.3 加強(qiáng)機(jī)務(wù)人員防腐培訓(xùn)

通過(guò)定期頻繁的目視檢查，是發(fā)現(xiàn)腐蝕前兆、防患未然的一個(gè)先決條件。一方面，工業(yè)部門(mén)要向部隊(duì)提供關(guān)于旋翼腐蝕防護(hù)和處理的技術(shù)資料，并加強(qiáng)對(duì)機(jī)務(wù)人員旋翼腐蝕防護(hù)和處理的理論培訓(xùn)和實(shí)操帶教，使機(jī)務(wù)人員能夠系統(tǒng)掌握旋翼腐蝕防護(hù)工作知識(shí)和處理措施，做到會(huì)預(yù)防、能發(fā)現(xiàn)、敢處理。另一方面，部隊(duì)?wèi)?yīng)收集整理因旋翼腐蝕發(fā)生的嚴(yán)重問(wèn)題，組織機(jī)務(wù)人員學(xué)習(xí)，提高機(jī)務(wù)人員對(duì)旋翼腐蝕及其危害性的認(rèn)識(shí)，并請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行旋翼腐蝕防護(hù)和處理的授課，學(xué)習(xí)成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和成果，切實(shí)提高機(jī)務(wù)人員在旋翼防腐蝕工作上的能力。因此，只有多發(fā)現(xiàn)、懂發(fā)現(xiàn)、能發(fā)現(xiàn)，才能更好做到腐蝕現(xiàn)象的防患未然，并針對(duì)相應(yīng)的情況及時(shí)做出合適的處理，減少腐蝕損失，并延長(zhǎng)使用壽命。

3.4 建立旋翼腐蝕監(jiān)控制度

旋翼的防腐蝕工作是艦載直升機(jī)防腐蝕工作的關(guān)鍵，對(duì)保障飛行安全尤為重要。為預(yù)防旋翼腐蝕和加強(qiáng)外場(chǎng)檢查，建議建立旋翼腐蝕監(jiān)控制度，收集整理旋翼腐蝕信息，建立旋翼腐蝕檔案，結(jié)合旋翼防護(hù)工作特點(diǎn)和部隊(duì)實(shí)際工作，及時(shí)總結(jié)積累旋翼腐蝕防護(hù)經(jīng)驗(yàn)和修理工藝。建立旋翼腐蝕處理工藝卡片，機(jī)組按卡片內(nèi)容完成腐蝕的檢查、處理和照相保存工作，有效地控制腐蝕的發(fā)生[34]。

在確保監(jiān)測(cè)制度合理開(kāi)展的前提下，應(yīng)用不同的物理、化學(xué)監(jiān)測(cè)手段，能夠更有效及時(shí)地傳達(dá)腐蝕狀況信息，有利于提前做好應(yīng)急處理。應(yīng)用基于離子濃度檢測(cè)的pH 值傳感器[35]，檢測(cè)由電化學(xué)過(guò)程導(dǎo)致的腐蝕離子濃度的變化，并輸出可視信號(hào)。在旋翼迎風(fēng)面處涂布一層腐蝕指示漆[36]，這種指示漆通過(guò)熒光或者變色的方式反映腐蝕環(huán)境化學(xué)變化，并產(chǎn)生易于人眼辨別的反應(yīng)，從而達(dá)到便于觀察和及時(shí)反饋腐蝕信息的效果。這類(lèi)化學(xué)變化通常包括引起腐蝕發(fā)生的pH 值、氧化或離子配位等的變化。此外，也可以將光學(xué)傳感器和腐蝕監(jiān)測(cè)相結(jié)合，利用光纖腐蝕傳感器對(duì)水和pH 值的敏感作用，精確定位水汽滲透等腐蝕發(fā)生位置，向維護(hù)人員及時(shí)傳遞觀察盲區(qū)的腐蝕情況[37]。

4 結(jié)論

旋翼葉片迎風(fēng)面的腐蝕過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的多尺度過(guò)程，對(duì)設(shè)備的壽命、葉片的性能以及旋翼和直升機(jī)本身的維護(hù)成本都有著舉足輕重的影響。這一過(guò)程受一系列機(jī)制的影響和控制，諸如設(shè)備停放環(huán)境的相對(duì)惡劣、葉片制造工藝的不恰當(dāng)、腐蝕的監(jiān)控不到位以及腐蝕處理方法的簡(jiǎn)單有限，都極大地阻礙了葉片迎風(fēng)面腐蝕現(xiàn)象的及時(shí)控制。艦載直升機(jī)旋翼的防腐工作研究涉及力學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)和熱學(xué)等多個(gè)學(xué)科，目前國(guó)內(nèi)該方面的研究和設(shè)計(jì)較少。本文主要從旋翼的腐蝕特點(diǎn)和現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和防腐設(shè)計(jì)、防腐工作存在的問(wèn)題和工作建議等方面進(jìn)行了分析，并得出一些有益的結(jié)論。其中，加強(qiáng)設(shè)計(jì)制造工藝水平、旋翼腐蝕防護(hù)力度以及相關(guān)機(jī)務(wù)人員防腐培訓(xùn)，建立起旋翼腐蝕監(jiān)控制度都能夠客觀上控制腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生或加劇。改進(jìn)旋翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、腐蝕后的簡(jiǎn)單修復(fù)、刷涂基體防護(hù)漆以及破損處修復(fù)后的貼膜處理則能在一定程度上將腐蝕過(guò)程帶來(lái)的危害降到最低?？偟膩?lái)說(shuō)，處理這一系列問(wèn)題的流程可以概括為：預(yù)防和監(jiān)測(cè)，如建立腐蝕安全監(jiān)測(cè)機(jī)制以制約各方面腐蝕因素；判斷和定性，如預(yù)測(cè)腐蝕強(qiáng)度，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，并及時(shí)給以物理性修復(fù)；必要時(shí)開(kāi)展系統(tǒng)的修復(fù)工作，如通過(guò)在受損區(qū)域涂布涂層或貼膜等手段，實(shí)現(xiàn)有效的事后修復(fù)工作。在這一系列的工作中，詳細(xì)了解相關(guān)的腐蝕和控制機(jī)制至關(guān)重要。此外，應(yīng)對(duì)艦載直升機(jī)的服役環(huán)境，筆者提出以下幾點(diǎn)總結(jié)和建議：

1）在高溫、高濕和高鹽以及持續(xù)的干濕交替循環(huán)的海洋環(huán)境，艦載直升機(jī)旋翼被腐蝕，會(huì)造成其功能性能產(chǎn)生較大的影響，甚至導(dǎo)致故障和失效，造成飛行事故的發(fā)生。

2）艦載直升機(jī)旋翼現(xiàn)階段的設(shè)計(jì)不當(dāng)和監(jiān)控力度較小，在嚴(yán)酷的環(huán)境中無(wú)法滿足相應(yīng)的使用要求，而且缺乏有效的防護(hù)手段和處理方法簡(jiǎn)單有限。在物理修復(fù)的基礎(chǔ)上，對(duì)葉尖迎風(fēng)面做了加強(qiáng)，根據(jù)行業(yè)內(nèi)的整改情況，整改效果與絕緣保護(hù)器的效果相差無(wú)幾，整改完后葉片迎風(fēng)面能得到3～5 a 的有效保護(hù)。

3）經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)了該方面存在的問(wèn)題，并提出了合理化的建議和修改方向。確定了加強(qiáng)設(shè)計(jì)工藝、加大腐蝕防護(hù)力度和相關(guān)工作人員的培訓(xùn)，為今后重點(diǎn)的改善方向。