飛機結構腐蝕防護和控制研究

肖珺

摘 要：按結構防腐蝕總則、飛機腐蝕情況、選材要求、結構件的表面防護等項內容，對飛機結構腐蝕防護和控制進行了全面分析研究，保證飛機在壽命期內飛行安全。

關鍵詞：飛機結構；腐蝕防護；控制

1 引言

腐蝕是飛機結構的主要損傷形式之一，在飛機結構的各類損傷中，開裂和腐蝕分別居第一位和第二位，各占飛機全部結構損傷的29%和20%，而裂紋往往又由腐蝕所引起，受腐蝕影響而加速擴展。腐蝕損傷不僅使結構強度降低，系統和附件功能失效，而且大大降低飛機的使用壽命和日歷壽命，嚴重影響飛行安全。近年來，我國的軍用和民用飛機出現了普遍和嚴重的腐蝕問題，有關部門對此予以高度重視，組織開展了一系列研究，并取得了一些研究成果。

腐蝕控制是保證飛機結構完整性的重要方法，是結構耐久性設計的重要內容，是實現飛機結構長壽命、高可靠性、低維修成本的重要保證。飛機結構腐蝕控制技術是防止和延緩飛機結構腐蝕。以保證結構完整性的工程科學技術。它涉及到結構構型、材料、工藝、表面處理和防護技術以及應力和變形的控制等。是一門多專業、跨學科的綜合技術，也是一項從設計開始，貫穿于方案論證、結構設計、生產制造和使用維護等各個階段的系統工程。在這項系統工程中，設計是關鍵，它決定了飛機結構固有抗腐蝕特性，在飛機全壽命期內各個階段的腐蝕控制工作中起著決定性、關鍵性作用。

腐蝕會對飛機機體結構帶來嚴重危害，如何防止外界水介質等浸入，以及機體內冷凝液排出，進行合理結構設計，選擇抗腐蝕的材料及良好的表面防護，達到減緩機體腐蝕發生，保證飛機在壽命期內安全飛行，顯得尤為重要。

2 飛機結構防腐蝕原則

對暴露在腐蝕環境中的機體結構，應采取腐蝕防護措施，以保證飛機結構滿足耐久性要求，使腐蝕、脫層、磨損及由腐蝕導致的其它損傷減至最低限度。結合制造和使用維護中的腐蝕控制措施，保證飛機在使用環境下，不出現危及飛行安全的腐蝕損傷。并無需在規定的期限內進行與腐蝕直接有關的修理。在制定腐蝕控制方案時必須遵循以下一般原則：

2.1 正確處理產品的使用功能、使用壽命與腐蝕控制投資費用之間的關系。結構設計前，首先應全面了解產品的預期使用環境、使用功能和使用壽命，以便考慮采用相應的腐蝕控制措施；對于使用壽命長、使用中又不允許更換的零、部件應從選材及各種防護層的選用方面精心考慮；對難以檢查、修理，或更換屬不經濟的結構，采用的腐蝕防護措施應在機體設計使用壽命期內有效；對可修理、可更換的結構應在一個大于預定檢查周期的規定時間內有效。

2.2 全面了解飛機結構的使用環境以及各個部位的使用環境，以作為采取腐蝕控制措施的基本依據。

2.3 綜合考慮材料的性能，包括力學性能、耐蝕性能、經濟性以及施加覆蓋保護層的可能性。

3 飛機腐蝕情況

3.1 飛機腐蝕的一般規律

沿海比內地腐蝕嚴重，大氣污染嚴重的地區比其它地區嚴重，南方沿海比其它沿海地區嚴重，水上飛機比陸上飛機腐蝕嚴重。機翼腐蝕比機身、尾翼嚴重。機翼的腐蝕主要集中在主要受力構件上，梁緣條、梁腹板、長桁、對接型材等。尾翼的腐蝕主要集中在蒙皮及配重安裝部位、安裝搭鐵的舵面固定支座上。機身的腐蝕主要集中在蒙皮、減速板艙、龍骨梁、機腹天線與機腹的搭接處等。

3.2 易發生腐蝕的部位和結構形式

異種金屬接觸部位，因缺少必要的防護措施或防護不當而導致腐蝕；搭鐵安裝部位，因鋁合金構件和銅搭鐵接頭連接的外部未密封保護好或搭鐵磨損構件保護層而導致腐蝕；緊固件及緊固孔周圍；裝配加工部位（如裝配鉆孔、锪窩、切割邊緣、對接和搭接接縫處的加工端面等）；存在結構縫隙的部位；易積水積鹽、受潮以及水上飛機易受海水、鹽霧襲擊的部位；起落架艙和減速板艙內，包括艙門周圍的結構件及成品件。

4 一般要求

4.1 防止腐蝕介質的進入

機身上部和機翼上翼面等易進水的部位應采取密封措施，如濕鉚接等。結構和系統都應防止水滲入或漏入內部。所有的設備艙、口蓋、座艙蓋、窗戶和門應密封。

4.2 防止腐蝕介質的積留

所有設計都要考慮防止水或其它液體的聚積和存留。內部易積水的部位應視具體情況設計成有自排泄作用的結構或開設排水通道，將各部位的滲漏水、冷凝水引至開有排水孔的低凹處，將水排出機體之外。排水孔位置應能使積存的水或其它液體有效地排出。排水孔周圍結構應密封鉚接：結構外形設計應盡量簡單、光滑，便于防腐蝕施工和檢修，并可減少灰塵、水氣和其它腐蝕介質的滯留；結構設計應盡量避免凹槽和縫隙，消除能存留腐蝕介質的間隙。若出現積存腐蝕介質的溝槽或縫隙時，應采用相應的密封措施，阻止介質進入；盡量不用吸水性強的材料，不能避免時應采用周圍密封；布置合適的通風口，以防止濕氣的匯集和凝露。

4.3 檢查通道

易腐蝕部位，特別是疲勞或損傷容限關鍵零部件應有檢查通道。

4.4 限制設計應力

對于應力腐蝕敏感的材料，應盡可能降低設計應力；應盡量消除或減小應力集中和殘余拉應力，以減少應力腐蝕的危險。避免零件在短橫向上受拉應力；應當避免使用應力、裝配應力和殘余應力在同一個方向上疊加；設計鍛件時要保證晶粒流向與主應力方向一致。

5 選材要求

a.根據結構的使用功能、使用部位、使用條件、使用環境及結構類型，綜合考慮材料的強度、疲勞性能、斷裂韌度、耐腐蝕性、工藝性和經濟性等。

b.針對可能出現的腐蝕類型。

c.盡量選擇耐蝕性好的材料，尤其在易產生腐蝕和不容易維護的部位。

d.避免選擇對腐蝕敏感的熱處理狀態。

e.所選用的材料應具有相容性。

f.應考慮材料的腐蝕特性和全壽命經濟特性。

g.選用新材料，必須有可靠的腐蝕特性數據。

6 結構件的表面防護

6.1 表面防護一般原則

結構件的表面防護是減緩結構材料腐蝕的重要環節，通常在型號預發展階段就應確定。一般有無機防護層（鍍層）和有機防護層（涂層，涂漆）兩部分組成。選擇表面處理應遵循如下基本原則：

a.根據結構件材料的特性、熱處理狀態、使用條件和部位、結構形狀和公差配合等因素，正確地選擇防護層，并應能適應型號飛機所有的運行環境。

b.所選防護體系應有耐蝕性能的全面數據，盡可能選用耐蝕性好的防護層。

c.防護層應與基材及加工工藝方法相適應，并對零件的機械性能，尤其是對強度無不良影響，并考慮其經濟性。

d.注意防護層與被防護零件材料之問的相容性或限制使用要求。

e.鍍覆層選擇應符合GJB594，超出該標準應用范圍時，應進行充分的論證與必要的試驗。

f.有機涂層的選擇除應考慮其防護性能、耐濕熱、鹽霧、霉菌性能和耐大氣老化性能外，還應考慮其與基體附著力，涂層之間配套相容性和施工工藝性能等。

6.2 表面防護細節要求

a.盡可能選擇陽極性鍍覆層。對于具有特殊性能要求的（如耐磨、導電、粘接等的零件），可選用具有相應特性的鍍覆層。

b.所選用的鍍覆層在其使用條件下，如飛機在飛行和停放時所承受的介質、溫度、應力和摩擦等，能否滿足零件耐腐蝕的要求。

c.鍍覆層在使用時，由于環境介質、溫度、應力、相接觸的零件等因素的影響，是否會帶來有害的影響.以及解決的方法。

d.凡需鍍覆層的零件應避免尖角、凹槽、盲孔和平底壓孔，并有足夠的坡度以防止積水.并不影響鍍覆層質量。

7 防排水與通風設計

7.1 結構防水設計

a.機體外蒙皮（尤其是機體上表面蒙皮），應盡可能采用濕裝配或密封鉚接。

b.所有門、窗和艙口邊緣都應設計有水密裝置。

c.外表面各對縫及間隙，應恰當地選取縫內或縫外密封，或兩者結合進行。

d.位于機身、機翼上表面和機身側表面的口蓋應有效密封，位于上表面和側表面上的所有門、窗和口蓋都應按有關標準進行淋雨試驗。所采用的密封膠或密封墊應與機體膠接牢固，并具有較好的耐水、耐油、耐老化等性能。

7.2 結構排水設計

a.結構總體布局設計時，應布置排水通道。

b.排水渠道應保證停機狀態時積水能自然通暢地流出，排水渠道應使用可靠，且有較好的維修性。

c.排水孔應布置在機體各積水部位的最低處，對低于排水口的局部結構溝槽和凹坑，應使用密封劑填平，或在排水口下方設置擋水堤埂。排水孔直徑一般應不小于8mm。

d.機身長桁和縱梁應盡量布置成不易積水的形式，否則應開排水孔，或在可能積水區加裝排水管。

7.3 結構通風設計

a.應根據結構使用環境條件和內部設備的具體要求，設計通風結構形式。

b.固定式通風口位置應選擇在不易進水部位。

c.活動式通風門應開關靈活。

d.風路通暢，不留死角。

8 合理的結構設計

8.1 零件構型設計

a.避免選用閉剖面零件。采用閉剖面零件時，兩端應可靠地封閉，并在封閉前進行內表面防腐處理。如不能封閉，應制成便于檢查、排水、清洗的零件.切忌采用既不封閉又不敞開的零件。

b.零件形狀應便于表面防護。零件上盡量避免帶有尖銳內角或圓角半徑很小的內角、溝槽和臺階，因在這些部位不易形成保護層。

c.零件表面外形應盡量平整光滑，不易積聚灰塵、雜物和潮氣等腐蝕介質，并便于表面涂（鍍）覆保護。

d.焊接件的焊縫布置應開敞，便于施工及表面磨削加工，以確保焊縫質量；焊接件的焊縫應采用連續封閉焊縫，避免間斷焊縫。

e.焊接件的縫隙中不允許進入和存儲水液或其它腐蝕介質，因此點焊件周邊應采用堵焊封閉。

8.2 結構裝配設計

a.零件的配合面應形狀簡單、平直，便于良好貼合，以免強迫裝配。

b.相互間不用緊固件連接的獨立零件之間必須有足夠的間隙。

c.結構件裝配中，一般不應銼修，以免破壞零件表面防護層。

d.選用緊固件要注意與被連接材料電化學性相容。鍍鎘的緊固件不允許與鈦合金相連接.鍍鎘和鍍鋁的緊同件不能與碳纖維復合材料相連。

e.鈦及鈦合金零件和結構在加工和裝配過程中，不能使用鍍鎘的工具夾、定位裝置和型架。

8.3 不同材料連接結構設計

a.盡量選用同種金屬或電位差小的不同金屬（包括鍍層）相互連接，盡量選用相容金屬相連接。確因結構需要選用不相容金屬相連接時按GJBl720進行防護。

b.不同金屬之間采用絕緣措施，如涂漆、涂膠等。

c.采用陽極保護或陰極保護和隔離。

d.對于不同金屬組成的結構應盡量避免大陰極小陽極的危險連接；通常應使陽極面積大于陰極面積。

9 結束語

隨著航空技術的發展，飛機腐蝕防護設計和控制技術發展很快，諸如防排水、緩蝕劑、腐蝕疲勞、濕裝配、無余量裝配、復合材料的防腐蝕設計等，本文所采用腐蝕防護和控制技術已在多個型號中應用，效果良好。

參考文獻

[1]殷建新.飛機結構腐蝕與使用壽命研究[J].海軍航空工程學院學報，2005，6.