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軍用飛機外場腐蝕防護方法研究

時間:2013-12-03 07:55:07  來源:裝 備 環 境 工 程  作者:陳群誌,房振乾,康獻海

  摘要:介紹了美國空軍裝備的腐蝕防護概況,闡明了軍用飛機外場腐蝕維護的重要性,結合飛機外場使用維護的實際情況,闡述了外場腐蝕預防控製、監控、補救和防腐改進措施的主要內容,提出了我軍飛機外場腐蝕防護與修理的基本方法、流程和具體要求。
  關鍵詞:軍用飛機;外場;腐蝕;維護;修理;防腐改進
  
  軍用飛機在使用期間不可避免地會受到各種環境因素、載荷的交互作用,引起結構及材料的腐蝕或破壞,從而影響其遂行各種戰鬥任務的能力,甚至還會導致事故或災難的發生[1]。美國總審計局指出美國國防係統每年的直接腐蝕損失大約在100~200億美元之間[2]。美國空軍腐蝕預防與控製辦公室(AFCPCO)研究表明,在空軍修理廠超過50%的工作量與腐蝕有關。美國國防部《腐蝕預防與控製計劃指導手冊(2007)》指出軍用飛機壽命周期成本的65%~80%出現在與腐蝕有關的使用與維護期間[3]。
  AFCPCO在2009年向國會提交的空軍腐蝕成本報告中指出,美國空軍腐蝕維修費用年增長率近5.23%,2004年國防部直接用於空軍飛機的腐蝕維修成本和使用與維護總成本分別高達14.97億美元和384.06億美元。為了降低腐蝕總成本、提高使用性能和係統安全性,美國國防部將環境對飛機影響作為11項國防核心技術之一,重點研究並先後製定了與腐蝕相關的一係列標準[4—8]。這些表明,美國國防部已明確將飛機結構腐蝕預防與控製作為一項長期戰略在頂層設計階段就開始貫徹和執行。
  近年來,針對軍用飛機在外場使用與維護階段中暴露出的問題的大量調研表明,現役各機種均存在不同程度的腐蝕現象,甚至有些機型飛機因其重要部位、關鍵承力結構的嚴重腐蝕損傷問題而導致提前大修或報廢。目前,腐蝕已經成為我軍飛機最普遍和最嚴重的損傷形式之一。因此,深入開展軍用飛機使用與維護階段腐蝕預防與控製方法研究[9—13],
  對提高我軍飛機的完好率和出勤率、降低維修成本、延長使用壽命、保障飛行安全以及減少飛行事故至關重要。
  1 軍用飛機外場腐蝕預防與控製的基本流程
  腐蝕檢查作為軍用飛機日常使用和維護過程中的一個重要組成部分,機務人員應依據具體的使用和服役環境情況,有針對性地定期對飛機進行腐蝕專項檢查。在沿海地區服役的飛機,至少每周安排1次針對腐蝕情況的檢查;在半幹燥內陸條件下服役的飛機,可適當延長檢查周期,但每月應至少進行1次腐蝕情況分析和評估。軍用飛機使用和維護階段的腐蝕預防與控製是一項係統工程,主要包括預防性和補救性控製措施[14—15]。預防性控製是指預先采取必要的措施抑製或延緩腐蝕損傷擴展及失效的時間曆程,盡量減小腐蝕損傷對飛機安全性和結構耐久性的影響。補救性控製是指對兩次相鄰檢查之間出現的腐蝕損傷進行打磨除腐後根據除腐量進行等級評估,針對不同的腐蝕損傷等級及時采取有效的措施對腐蝕部位實施修理的過程。軍用飛機外場腐蝕預防與控製流程如圖1所示。
  2 軍用飛機預防性外場腐蝕防護主要方法和要求
  2.1 定期衝洗飛機表麵
  衝洗是一種簡單、有效的外場腐蝕防護措施,能有效地去除各種腐蝕性汙染物,減少腐蝕產生的外在因素,起到抑製或減緩腐蝕的作用。軍用飛機表麵清洗應遵循以下原則。
  1)采用飛機維護修理手冊中規定的洗滌劑、水基乳化堿性清洗劑和溶劑型清洗劑等專用清洗劑對飛機表麵進行清洗,並嚴格掌握使用濃度。
  2)用清水對飛機表麵進行徹底清洗。若氣溫在0 ℃以下,應改用無水、清潔的溶劑或煤油清洗飛機表麵,然後用清潔的軟布擦幹。在氣候炎熱時,應盡可能在陰涼通風的地方清洗飛機,以減少條紋的出現。
  3)衝洗過程中會衝洗掉部分潤滑油、機油、密封劑和腐蝕抑製化合物,因此,衝洗後應重新加填潤滑油、脂和塗敷緩蝕劑,並要特別注意縫隙和搭接區域的徹底清洗和幹燥。
  4)由使用環境和汙染程度確定飛機的清洗周期。建議衝洗頻度為:輕微腐蝕地區90 次/d;中等腐蝕地區45 次/d;嚴重腐蝕地區15 次/d。
  2.2 排水、防潮和通風
  雨水、潮濕的空氣、滴露、鹽霧等諸多因素的存在滿足了機體結構發生電化學腐蝕的外在條件,因此在外場腐蝕防護中要特別注意飛機的排水、防潮和通風工作。
  1)排水。定期檢查飛機的排水孔或口,排水裝置是否暢通,排水閥門工作是否正常。對溝、槽等易積水結構,其低凹的區域可用填平劑填充,而且應視情況增、擴排水孔或加裝排水閥門、排水管。
  2)防潮和通風。為防止雨、雪、霜、潮濕空氣等進入並長期滯留在飛機內部,雨後或用高壓水清洗飛機後,應及時打開艙門、口蓋進行通風,並排除積液。通風可以驅散飛機內部的潮濕空氣,促進結構部件上沾附水分的蒸發。對飛機結構中的溝和凹槽、底艙區域以及結構部件搭接縫等易積水區域要予以特別重視,發現水分存留應及時排除並進行通風幹燥處理。與海綿橡膠、隔音材料和絕緣材料等有機吸濕材料相接觸的金屬遭受腐蝕的可能性較大,要經常檢查並保持隔離層的幹燥。
  2.3 飛機塗層體係和密封結構的保養
  1)飛機塗層體係的保養。飛機表麵的防護塗層比較薄且硬度較小,受到碰撞、摩擦時極易損壞。因此,外場維護中應盡量避免堅硬物體與飛機表麵塗層直接碰撞、摩擦,以防止塗層受到機械損傷。若塗層已遭破壞,應及時進行修複或噴塗脫水防鏽劑作暫時性保護。
  2)密封材料填充於機體結構中諸多大小不等、形狀各異的窗口或口蓋、溝、槽以及所有間隙和連接縫隙處的密封劑、密封帶等,能夠阻止雨水等腐蝕介質的進入,有效地抑製和減緩腐蝕。這些結構中的密封材料若因自然老化、高壓衝洗等原因遭到破壞,要及時進行更換和填充。
  2.4 加強潤滑
  潤滑油脂能有效地防止或減緩功能接頭和摩擦表麵等活動部位的腐蝕。對於靜態接頭采用緩蝕劑與潤滑油脂混合的方式包封安裝,將有助於抑製和減緩縫隙腐蝕的發生。在外場腐蝕防護中,要定期檢查活動接頭、摩擦表麵、軸承和操縱鋼索等的潤滑油脂是否充分。特別是飛機衝洗後,要特別注意這些部位的再潤滑問題。重新加填、塗覆的周期應依據具體的外場使用環境、衝洗次數和清洗液清洗強度等因素而定。
  3.5 飛機的表麵光潔處理
  保持軍用飛機表麵的光潔,將有助於降低飛機表麵對服役環境中的粉塵、工業廢氣等各種腐蝕介質的吸附,從而抑製或減緩機體的腐蝕,有效地降低機體的腐蝕速率。因此,在高壓衝洗後,應合理使用表麵光亮劑對飛機表麵進行光潔處理。由於表麵光亮劑是一種含酸化合試劑,會使高強度鋼變脆或導致鋁合金陽極氧化膜、包鋁層的破壞,因此,在起落架、襟翼滑軌以及座艙玻璃等結構部件上嚴禁使用。對於光亮劑的使用頻度,一般以18個月或2 a進行一次表麵光潔處理為佳。
  3.6 微生物沉積的去除
  微生物在水/油交界處繁殖,迅速地在整體油箱中形成黏質物或纏結的滋生物。這些纏結的微生物會截留水分,一般的排水工藝不能將其去除。油箱表麵塗層在微生物及其排泄物的連續作用下就會破裂,進而腐蝕鋁合金,穿透機翼蒙皮時就會造成漏油。當在箱體內縱向表麵和管道頂觀察到棕色或黑色黏質物時,表明箱體已明顯遭受到微生物的汙染。因此,在外場維護中,要特別注意整體油箱微生物沉積的預防與去除工作。要定期檢查燃油供應係統,加裝過濾裝置[16]以濾除燃油中的水分。每次進入箱體都應檢查有無微生物的生長,要隨時確保排水孔和排水管不被阻塞。將殺蟲劑投放到燃油儲罐、飛機加油車或直接投放到飛機油箱中,是減少微生物滋生的一種有效方法。投放的周期應根據具體的服役環境和操作需求而定。
  4 軍用飛機補救性外場腐蝕損傷修複方法和要求
  軍用飛機在服役使用期間一旦出現腐蝕損傷,就必須采取臨時防護和有效的補救性措施及時進行修複。使用脫水防鏽劑是飛機外場臨時維護和修補的一種有效手段。軟膜型脫水防鏽劑常在飛機清洗之後使用,適用於起落架艙、減速板艙、艙底部位等難於檢查及易積水區域的外場短期防護。硬膜型脫水防鏽劑適用於飛機上緊固件、接縫、調整片、焊縫等不要求潤滑的非運動部位,並可塗覆在塗層開裂、損壞部位,作為塗層破壞後的臨時修補手段。補救性外場腐蝕損傷修複主要是指通過檢查,在確認腐蝕損傷後,采取外場可實施的技術手段及時對腐蝕損傷部位實施有效維護和修理。
  4.1 補救性外場腐蝕損傷修複的原則和要求
  進行補救性外場腐蝕損傷修複設計時,必須綜合考慮各種影響因素,準確分析結構腐蝕損傷原因,製定合理的修複技術方案。對疲勞、斷裂和功能關鍵件等關鍵結構件除必需滿足靜強度的要求外,還必須滿足耐久性和損傷容限的要求。軍用飛機外場腐蝕損傷修複的具體要求是腐蝕損傷修複後應不破壞原結構可檢性,保持好機體內外表麵潔淨和防護塗層的完整,確保飛機結構中無腐蝕產物殘留,不會引起二次腐蝕,而且要綜合考慮質量、成本和周期,采用修複周期短、費用少的方案。
  4.2 外場腐蝕損傷分類
  除腐後,可根據腐蝕深度和腐蝕麵積的大小,並參考飛機結構修理手冊確定腐蝕等級。通常軍用飛機腐蝕損傷按其嚴重程度分為3類:輕微可允許腐蝕損傷、中等腐蝕損傷、嚴重腐蝕損傷。
  4.3 軍用飛機補救性外場腐蝕損傷修複方法和程序
  1)腐蝕修複前的準備。修複工作開始前,應對飛機表麵進行快速衝洗,將飛機的搭地線接地,需要時拆除或斷開飛機電瓶,保護空速管開口、進氣口、發動機開口、起落架等免受潮氣和化學光亮劑的侵襲,並且要保護靠近返修區的表麵、連接點和接口等免受化學褪漆劑、腐蝕去除劑以及其它表麵處理劑的影響。2)腐蝕區域的清潔處理。除腐之前,應采用甲基乙基醇、幹洗溶劑汽油等溶劑類清潔劑清除腐蝕區域的脂類、潤滑油、灰塵或其它汙染物。如果底漆分層、剝落、軟化或出現腐蝕,則必須刷塗脫漆劑進行脫漆處理。3)腐蝕區域損傷狀況評估。外場檢查中可采用放大鏡、孔探儀、直尺、壓痕材料、深度千分尺等目視檢測方法對腐蝕區域損傷狀況進行觀察和評估。在目視檢查不適用的特定區域或在目視檢查後需要測定腐蝕程度、確定是否存在裂紋以及是否徹底消除裂紋時,應采用渦流、超聲波、磁粉、滲透等無損檢測技術對腐蝕區域的損傷狀況進行檢測和評估。4)腐蝕部位的處理。用機械法或化學法去除腐蝕產物,具體選用哪種方法取決於結構形式、腐蝕部位、材料、腐蝕類型和腐蝕程度等。機械法通常適用於中等到嚴重腐蝕損傷,特別是大厚度的蒙皮或橫截麵積比較大的受損部位。輕微腐蝕則用化學法去除。5)修整區域拋光處理。去除腐蝕產物後,應使用合適的砂紙對粗糙邊緣和凹陷處進行拋光處理,並按照一定的比例和方向完成整形。拋光整形後,所有的凹陷部位必須與其周圍金屬表麵平滑過渡,以使應力集中降至最低。6)表麵修整後的無損檢測。除腐整修後,采用放大鏡、著色滲透劑以及渦流、超聲波等無損檢測技術確認腐蝕是否完全清除。若修整部位還存在裂紋,應繼續打磨直至表麵無裂紋,並用合適的砂紙再次進行拋光整形。7)腐蝕深度測量。進行腐蝕深度和腐蝕麵積測量,以確認材料除腐量是否滿足損傷容限要求。如果除腐量影響到結構的強度,則需配裝加強件進行補強修理或部件更換。8)恢複原有表麵塗鍍層。在完成上述處理步驟之後,首先應采用陽極化、化學氧化或酸洗的方法對結構進行表麵防護處理;然後對結構進行衝洗、幹燥,重新噴塗底漆和麵漆,以恢複其原有表麵塗鍍層。
  5 腐蝕損傷報告、腐蝕損傷監控及防腐改進
  外場腐蝕防護中,若能提前發現腐蝕並采取相應的預防措施,則可避免或減少嚴重腐蝕問題的發生。因此,應積極開展軍用飛機外場腐蝕損傷監控和防腐改進研究。
  5.1 腐蝕損傷報告程序
  完成飛機腐蝕損傷綜合評定後,應認真填寫腐蝕損傷報告,將腐蝕損傷信息錄入數據庫,以便對飛機的腐蝕損傷進行實時統計和監控。根據腐蝕損傷等級的評定結論,確定是否需要修改腐蝕預防與控製大綱。
  5.2 腐蝕損傷監控程序
  腐蝕損傷監控工作主要是研究服役使用環境中金屬結構的腐蝕深度、損傷麵積、塗層與密封材料的老化、損傷及其失效評定方法。根據腐蝕維護技術規程製定切實可行的腐蝕監控製度,並在外場腐蝕防護過程中嚴格執行,定期對軍用飛機的腐蝕損傷情況進行檢查和詳細記錄,分析腐蝕原因和規律。根據軍用飛機外場腐蝕損傷監控和可靠性分析,對飛機結構和腐蝕情況進行歸類整理,針對不同的腐蝕情況製定不同的監控方法,並對出現頻率過高的腐蝕類型進行專題研究。定期出版結構和腐蝕可靠性報告,並對腐蝕情況和技術通報的執行情況進行總結;對有共性的輕微可允許腐蝕損傷,下發大隊範圍內的技術通報;對需補強修複和換件修複的嚴重腐蝕損傷,下發有針對性的技術通報,並要及時製定有效的糾正、預防措施以及防腐改進方案,從而防止影響飛機正常使用和飛行安全的重大腐蝕故障。
  5.3 維修方案改善
  當前條件下,針對軍用飛機結構設計特點、使用環境及大修技術條件,采用最新的防腐技術對結構實施合理的防腐改進是提高軍用飛機結構抗腐蝕品質、抑製或延緩腐蝕發展的最主要技術措施之一。
  以國內腐蝕防護最新成果為起點,遴選出抗腐蝕性能優良的防腐措施,針對典型飛機關鍵腐蝕與關鍵腐蝕疲勞結構部位,開展新型防腐塗層應用研究。在典型腐蝕環境下,采用模擬件對新型防腐塗層與現役飛機結構塗層的性能進行加速腐蝕對比試驗,驗證改進後的防腐效果。根據修理廠和外場實際維護條件對防腐改進方法及工藝規程進行研究,製定出明確的防腐改進措施和具體的實施工藝規程,確保能將最先進的腐蝕防護技術應用於軍用飛機結構的防腐改進,避免或延緩軍用飛機結構在使用壽命中後期出現嚴重的腐蝕問題。
  6 結語
  鑒於現役軍用飛機日益嚴峻的外場腐蝕損傷現狀,應高度重視外場腐蝕預防與控製方法研究。在軍用飛機外場腐蝕維護過程中,應嚴格按照腐蝕預防與控製大綱定期實施飛機的表麵衝洗和表麵光潔處理,定期對易積水區域進行排水、防潮和通風,對表麵塗層和密封劑也應定期保養和維護,活動部位的潤滑以及微生物沉積物的早期預防與去除等預防性外場腐蝕控製措施。在檢測出腐蝕損傷時,應根據腐蝕損傷等級評估結論采取有效的補救性外場腐蝕控製措施,及時對腐蝕損傷部位進行修複。全麵係統地開展軍用飛機外場腐蝕防護方法及軍用飛機外場腐蝕損傷監控和防腐改進研究,對在全壽命期內提高軍用飛機的抗腐蝕品質,保證軍用飛機結構完整性、可靠性和安全性,提高軍用飛機完好率和戰鬥力,減少腐蝕故障、減輕軍用飛機外場腐蝕維護負擔、降低軍用飛機外場腐蝕維修成本,避免因腐蝕問題而引發嚴重的安全隱患至關重要。
  參考文獻略
  

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