民用客機艙內地板的防腐蝕設計

孫健宇

(上海飛機設計研究院結構設計研究部,上海 201210)

民用客機艙內地板的防腐蝕設計

孫健宇

(上海飛機設計研究院結構設計研究部,上海 201210)

民用飛機艙內地板是飛機機體內的腐蝕嚴重區域,需要進行專門的防腐蝕設計。首先需要采用耐腐蝕性能優良的材料,并且要易于更換和維護。其次地板零件自身要實施合理的表面防護體系包括陽極氧化層和有機漆層,在此基礎上還要利用液態密封劑和固體密封帶對整個地板裝配件建立完整的密封系統。

艙內地板 防腐蝕設計 異電位腐蝕

現代民用客機要在各種環境條件下進行飛行,包括潮濕、海洋、工業大氣等自然環境和機上人為環境。在這些環境中,腐蝕是引起飛機結構損壞的一個重要原因,輕則會降低飛機的出勤率、縮短飛機使用壽命,重則會導致結構件斷裂破壞,造成機毀人亡的空難事故。對飛機的防腐蝕與表面保護設計是現代飛機設計的重要內容。

民用客機的客艙與貨艙用來裝載乘客、貨物、設備及其它有效載荷。客艙與貨艙地板是主要支撐結構。飛機艙內環境有以下特點。

(1)當地面溫度高、濕度大時,飛機艙內會聚集大量水氣。飛機起飛后,艙內溫度降低而形成大量冷凝水長時間聚集在客艙地板及其它結構件死角里,構成嚴重的腐蝕環境。

(2)客艙內廚房和盥洗室內的污水經常會濺潑到艙壁和地板上。客艙內乘客飲用水、乘務員的服務用水也很容易濺漏到地板表面。有時也會滲漏到地板結構以下,與內部機械系統揮發出的油氣相結合,形成粘性腐蝕物。貨艙內空運的牲畜、海鮮食品或化學物品,也會產生大量的積液與污染物,有較強的腐蝕作用。

飛機的艙內地板是飛機機體內的嚴重腐蝕區域。艙內地板結構零部件在其設計、制造和使用維護階段需要進行合理的腐蝕防護與控制。而設計階段的腐蝕控制是重中之重,對于從源頭上解決飛機艙內的腐蝕問題,意義十分重大。

1 客貨艙地板結構形式的設計

飛機艙內地板零件分為：地板面板和地板骨架。地板面板材料一般采用玻璃纖維蜂窩夾芯板。這種材料上下面層是玻璃纖維增強帶環氧樹脂面層;中央為芳綸蜂窩夾芯。其具有較輕的重量、較高的比強度和防磨性能。面板的四周需要通過低密度環氧密封膠封邊,防止水、粉塵等雜質進入蜂窩夾芯。目前也可以采用自身防水的聚四氟乙烯密封帶進行包邊。

面板安裝在座椅滑軌梁上,并且通過可拆卸螺栓連接。飛機服役過程中,若其中某塊面板遭受腐蝕等破壞,可以隨時跟換新的全尺寸面板。面板一般以座椅滑軌作為界線進行分塊,每塊面板是長條狀,尺寸大小適合一個人輕易搬動。

地板骨架包括座椅滑軌和地板橫梁。座椅滑軌一般采用超硬鋁合金型材,具有較高的斷裂韌性和優良的抗應力腐蝕和抗剝落腐蝕性能。座椅滑軌沿縱向進行分段,每一段長度約2000mm,通過可拆卸的螺栓連接在地板橫梁上,便于在磨損和腐蝕后進行維修和更換。

2 艙內地板零件的表面防護

民用飛機客艙地板最典型的表面防護體系是采用鉻酸陽極化原理：在鉻酸電解液的環境中,鋁合金基體作為陽極被氧化而在表面生成的厚而堅硬的氧化膜,從而保護基體金屬。層厚一般在40-60μm,具有較高的硬度(顯微硬度2450Mpa)、良好的耐磨性、耐熱性和電絕緣性。鉻酸陽極化膜層對材料疲勞性能、零件尺寸及表面粗糙度的影響都很小且與油漆的結合力很強。此外鉻酸陽極化膜層能顯現一般探傷法無法探測到的材料缺陷,有利于零件表面的無損檢測。

在鉻酸陽極化層外,還要涂覆有機漆層。有機漆層的主要成分是成膜樹脂基料、顏料和填料。有機涂層能使零件表面與外界環境隔離,阻止腐蝕侵蝕,同時保護陽極化膜層。另外還有耐熱、標志、裝飾和絕緣等作用。地板結構零件典型的有機漆層是耐流體環氧底漆和防腐蝕抑制面漆。

3 艙內地板組件的密封系統

除了每個單獨的零件自身要做好表面防護體系,對于地板結構組件,還需要采用合適的密封技術,建立完善的密封系統,才能顯著的達到腐蝕防護的目地。

艙內地板結構廣泛采用鉚接、螺栓連接,產生大量縫隙和潛在的液體滯留區。密封技術的主要原理就是利用各種密封劑或密封墊片消除裝配組件中的縫隙,防止腐蝕介質滲入,將受保護零件與腐蝕環境隔離、阻斷異電位零件接觸。

地板異電位金屬零件之間的裝配連接應采用貼合面密封和填角密封,對于不可拆卸的緊固件應采用密封劑濕安裝。玻璃纖維面板之間的縫隙以及面板和滑軌之間的縫隙都需要填涂密封劑,避免產生積水區。玻璃纖維面板和金屬滑軌梁的水平貼合面上要布置密封帶,避免液體從水平貼合面的縫隙中流入地板下部,同時也防止玻璃纖維和金屬兩種材料發生異電位腐蝕。

玻璃纖維面板需要通過十字槽螺栓與滑軌梁連接。十字槽螺栓不能直接穿過面板蜂窩芯,而要在面板里安裝鋼制螺栓套。螺栓套是預先通過灌封密封膠埋入面板的蜂窩夾芯層中,一般為永久性安裝。由于地板面板需要頻繁拆卸,故面板螺栓不能通過密封劑濕安裝,否則拆卸很困難。一般的方法是采用聚四氟乙烯密封圈替代液態密封劑。另外,鋼制彈簧夾螺母(便于單面施工)不能直接夾持在鋁制滑軌上,需要在兩者中間增加聚四氟乙烯密封貼合帶,防止異電位腐蝕。

4 結語

近年來,與腐蝕相關的民航客機修理成本一直占據航空公司維護成本的絕大部分,高額的維護費用要求飛機在設計、制造和使用過程中采用腐蝕預防和控制的新技術。客、貨艙地板是飛機機體內部腐蝕嚴重的零部件,其腐蝕防護設計方法具有典型性和普遍性,對飛機及其它工業產品零部件的防腐蝕設計也具有很好的借鑒和指導意義。本文所述飛機艙內地板零部件的防腐蝕設計方法主要包括：一、合理選材;二、零部件結構形式的合理設計;三、零部件的表面防護涂層;四、裝配件的密封保護系統。

[1]《飛機設計手冊》總編委會.飛機設計手冊第10冊[M].北京：航空工業出版社,2000.

[2](美)牛春勻.實用飛機結構工程設計[M].北京：航空工業出版社,2008.

[3]運輸類飛機適航標準.中國民用航空規章,第25部,CCAR-25-R3.中國民航總局,2001.5.

[4]朱日彰,等.《金屬腐蝕學》.冶金工業出版社,1989.5.

[5]涂湘緗.《實用防腐蝕工程施工手冊》.化學工業出版社,2000.4.