某型直升機內部結構腐蝕防護與修理對策研究

沈軍，李健，魏榮俊，邊英杰，李宗原（.總參陸航研究所，北京 0；.66347部隊裝備部，河北 保定 07000）

某型直升機內部結構腐蝕防護與修理對策研究

沈軍1，李健1，魏榮俊1，邊英杰2，李宗原1
（1.總參陸航研究所，北京 101121；2.66347部隊裝備部，河北 保定 071000）

目的 針對某型機的內部結構腐蝕防護與修理開展研究，為外場提升該型機的腐蝕防護能力提供借鑒。方法 針對掌握的腐蝕部位及腐蝕情況開展腐蝕原因分析，提出對策建議。結果 該型機主承力框、桁條等并未出現嚴重腐蝕，具備良好的延壽基礎。結論 該型機逐步進入到老齡階段，腐蝕呈現較快的發展趨勢，需要在日后的裝備使用與維護中多加關注。

直升機；內部結構腐蝕；腐蝕防護；修理對策

我國從國外引進的某型直升機近年來逐步進入老齡階段，部隊在日常維護中無法對直升機機身內部結構進行檢查修理，機身內部結構框架在大修時也無法進行更換，只能進行修理，恢復表面漆層。按照腐蝕防護和日歷壽命要求，機身內部結構在整個服役周期內應保證在所處的環境下不會產生造成功能失效的腐蝕，或者由于腐蝕而造成結構損傷容限超標而無法實施有效的經濟修理。隨著該型直升機服役時間增長，腐蝕呈現較快的發展趨勢，即腐蝕部位增加，腐蝕程度加劇[1—2]，有必要掌握機身內部結構腐蝕狀況，采取必要的腐蝕防護措施，減少腐蝕損傷。

1　內部結構主要腐蝕情況與原因分析

某型直升機的機身為變截面、全金屬、半硬殼式結構。它包括前機身、中機身、尾梁和尾斜梁四個部分[3]。在筆者參與的調研中，發現部分內部結構的腐蝕情況比較惡劣，對直升機的日常使用造成了一定影響，同時對直升機的大修也造成了一定的經濟損失，有必要在今后的使用與維護中多加關注，腐蝕較多的部位主要有直升機的13框、部分部附件安裝支座、貨艙地板內部、機身漆層下方的蒙皮等部位。

1.1機身主承力框與部分部件安裝座腐蝕

經調研，直升機大修廠技術人員發現13框下框板腐蝕現象普遍，部分直升機腐蝕故障嚴重。如圖1a所示，是2014年12月2日大修廠對某直升機故檢時發現中機身13框框板腐蝕嚴重的現象，局部最深處約為2 mm，其他部位深度為0.4～1 mm，面積約為148 cm2。該腐蝕部位處于貨橋收放處，部隊日常維護時，不易進行檢查。

圖1　直升機零部件腐蝕情況Fig.1 Corrosion of helicopter parts

機身隔框上的部分部件安裝座也比較容易腐蝕，如有主減速器撐桿的安裝座、外掛油箱安裝座、發動機的2個安裝座、貨艙兩側武器掛架的安裝座等。從圖1b中可見，這部分的部附件安裝座腐蝕比較嚴重，需要在日常維護中加以關注。

1.2貨艙地板內部與機身頂部鎂合金等結構腐蝕

直升機在日常使用維護中，水分、油液和雜質容易滲入地板內部，由于直升機停放時存在4°35′停機角，地板內存留的液體和雜質向機身后部流淌，雖設計有排水孔，但仍有積水無法排除，形成局部腐蝕環境，使地板內部結構腐蝕，如圖2所示。

圖2　貨艙地板內部積水、腐蝕Fig.2 Internal water and corrosion of warehouse floor

該型機中機身頂部風扇艙鎂合金圍框和10框操縱組合件的腐蝕情況如圖3所示。

1.3蒙皮腐蝕

直升機在鉚釘、螺釘等連接部位沒有采用“濕裝配”工藝，蒙皮搭接部位也沒有進行密封，導致潮濕空氣、腐蝕介質從螺釘、鉚釘連接邊緣和蒙皮接縫進入搭接部位內部，導致蒙皮腐蝕，如圖4a所示。由于腐蝕產物體積比原金屬體積大，造成“枕墊效應”，甚至導致鉚釘斷裂。

由于直升機機體表面涂層出現微小裂紋，腐蝕介質進入涂層內部，造成機體蒙皮表面點蝕，如圖4b所示。蒙皮表面點蝕比較隱蔽，表面涂層沒有明顯的失效跡象，在直升機大修去除表面涂層后才能發現。點蝕向金屬縱深發展，形成疲勞源，對結構和材料強度破壞嚴重。

外掛油箱通過4根箍帶與機身固定，外掛油箱與機身之間鋪設一層膠墊或防彈層，防止機身與外掛油箱鉚釘之間的振動磨損。外掛油箱上部安裝蒙皮蓋板，封閉外掛油箱與機身之間的縫隙。上述結構不能保證外掛油箱與機身之間縫隙完全密封，在日常使用維護中，雨水、清洗液、油液、含鹽霧的潮濕空氣、灰塵、雜草等進入外掛油箱與機身之間縫隙，長期積累無法排出，形成腐蝕性較強的電解液，造成機身表面漆層變色、鼓包、脫落等，機體鋁合金與電解液直接接觸，出現嚴重的電化學腐蝕。如圖5a所示，金屬蒙皮均出現普遍而且嚴重的腐蝕，最深的腐蝕坑深度達到0.84 mm，接近穿孔。

圖3　中機身頂部風扇艙鎂合金圍框和10框操縱組合件的腐蝕情況Fig.3　Corrosion of compartment magnesium alloy and 10th box manipulation of the sets of shaft

圖4　蒙皮腐蝕Fig.4 Skin corrosion

圖5　中機身外掛油箱安裝區和發動機主減艙地板蒙皮腐蝕Fig.5 Corrosion of the fuselage skin of tank installation area of external fuel and main cabin floor skin

發動機主減艙地板由貨艙頂棚上部隔框、桁條和鈦合金蒙皮鉚接而成，是發動機、主減速器、液壓系統、操縱系統等重要部附件安裝平臺，也是直升機頂部維修工作平臺。在日常維修中，機務維修人員在直升機頂部進行維修，經常踩踏地板，使地板表面漆層磨損失效。同時維修中滑油、燃油和液壓油難免會濺落到地板，混合灰塵、雨水形成油泥，附著在蒙皮表面，甚至造成地板排水孔堵塞。形成潮濕腐蝕環境，造成地板蒙皮腐蝕，如圖5b所示。上述腐蝕具有一定隱蔽性，在大修去除表面漆層時才能發現。

1.4其他內部結構腐蝕

1）電瓶艙腐蝕。酸性、堿性電瓶在安裝拆卸過程中，酸堿溶液滲漏造成電瓶艙內滑軌、滑條和口蓋等零部件腐蝕，如圖6a所示。

2）外掛油箱腐蝕。外掛油箱和整流罩之間、機體之間沒有進行密封處理，灰塵、維修時灑落的油液、雨水、空氣中腐蝕介質等進入外掛油箱與整流罩、機體之間空隙并無法排出，形成惡劣的腐蝕環境，造成油箱腐蝕，如圖6b，c所示。在油箱與吊帶之間安裝毛氈進行減震與防止磨損，但是毛氈吸附水分，造成吊帶嚴重腐蝕。

圖6　其他內部結構腐蝕Fig.6 Other internal corrosion

2　大修廠加強內部結構腐蝕防護措施建議

2.1選用高性能防護涂料

1）TB06-9聚氨酯底漆+TS96-71含氟聚氨酯無光磁漆。某課題組對首翻期內和國內大修直升機腐蝕情況對比中發現，同一部隊直升機的相同部位，國內大修后直升機漆層失效比首翻期內直升機早，且腐蝕程度嚴重，說明大修選用國產漆腐蝕防護性能比俄羅斯漆性能差。經調研航空防腐涂層技術發展和相關對比試驗，TB06-9聚氨酯底漆或H06-1012H（環氧聚酰胺底漆），配合TS96-71含氟聚氨酯無光磁漆，其腐蝕防護性能等優于傳統的涂料，在飛機典型外露部位加速試驗環境譜下，可以使鋁合金結構滿足首翻期10年，翻修間隔9年的日歷壽命使用要求。

2）航空納米復合涂料[4]。隨著納米技術不斷向涂層研究領域滲透，納米復合涂層日趨成熟。空軍航空裝備研究院聯合中科院金屬所針對我國飛機的使用情況、服役環境和結構腐蝕特點，開展IMR系列軍用飛機結構新型納米復合涂料（IMR-11納米復合防腐底漆+IMR-21納米復合防腐面漆）的研發與應用研究。經過抗紫外線老化評定試驗（1個試驗周期為24 h，其中紫外線照射時間為14 h，溫度為（50±2）℃，相對濕度為50%±5%；濕熱暴露時間為10 h，溫度為（40±2）℃，相對濕度為90%±5%），干、濕交替環境下抗腐蝕性能試驗（溫度為（40±2）℃，相對濕度為80%±5%，腐蝕溶液采用蒸餾水配置5%NaCl+0.208% NaHSO4溶液，滴加少量的稀H2SO4，使pH值達到4～ 4.5。每個浸潤周期為60 min，其中15 min試件浸入溶液，45 min在溶液外接受遠紅外烤燈照射）和綜合環境譜下的抗腐蝕性能試驗，與現役飛機防護涂層相比，IMR納米復合涂層抗典型環境腐蝕性能顯著提高。

2.2加強結構密封

1）螺接和鉚接采用“濕裝配”工藝。機身螺接和鉚接結構，由于孔或螺紋的存在，產生幾何不均勻性，引起一系列的力學效應，如擠壓、磨損、應力集中和疲勞等，進而引起緊固件與被連接件間微小的間隙與振動，造成表面防護涂層脫落或開裂，使潮濕氣體或腐蝕介質侵入，從而發生腐蝕。從國外引進的某型直升機在設計和生產過程中沒有過多考慮腐蝕防護，機身螺接和鉚接沒有采用“濕裝配”工藝進行密封處理，機身連接部位易于出現腐蝕。因此建議大修廠在進行機身結構連接裝配時，盡量采用“濕裝配”工藝，對螺接和鉚接部位進行密封處理，提高連接件抗腐蝕能力。

2）加強內部結構密封。尾梁、貨艙地板、發動機主減艙地板（貨艙頂棚）和中機身外掛油箱安裝區等部位，均屬于內部封閉結構。尾梁的蒙皮接縫、天線安裝座和檢查口蓋；貨艙地板蒙皮搭接部位、系留環、檢查口蓋；發動機主減艙地板的蒙皮接縫、操縱組合件安裝等蒙皮開口部位；外掛油箱與中機身上部接縫、外掛油箱與整流罩和蓋板接縫等，均需要進行密封處理，防止潮濕空氣、腐蝕介質、灰塵和使用維護中油液、水分進入內部，形成局部腐蝕環境。

3）加強檢查口蓋密封。對機身上檢查口蓋，特別是尾梁、貨艙地板、設備艙等內部封閉空間上的檢查口蓋，或不經常使用的檢查口蓋，可以使用不干型膠體密封劑對口蓋進行密封處理，防止潮濕空氣和腐蝕介質進入內部結構。

3　使用單位加強內部結構腐蝕防護措施建議

3.1樹立正確的腐蝕防護理念

樹立正確的裝備腐蝕防護理念首先要認識到內部結構腐蝕的幾個特點，如內部結構腐蝕具有較強的隱蔽性、較大的危害性以及腐蝕預防工作的長期性等。

首先直升機內部結構腐蝕具有很強的隱蔽性，通常需要打開檢查口蓋、拆卸裝飾板和部附件，腐蝕檢查可視性和可達性不好，甚至需要借助內窺鏡的輔助工具設備才能發現腐蝕部位。其次由于直升機內部結構腐蝕隱蔽性強，在部隊日常使用維修中不易發現，腐蝕作用和發展時間長，使零部件結構強度下降、性能下降甚至提前破壞，直接影響飛行安全。部分內部結構腐蝕雖然沒有造成功能失效，但是直到直升機大修時才被發現，此時已形成嚴重腐蝕甚至超過修理標準而報廢，造成經濟損失。最后腐蝕是一個緩慢發生的自發過程，直升機面臨的實際使用環境往往比設計預想的使用環境惡劣，直升機使用和維護過程中很難避免環境因素和人為因素造成防護層或材料表面的損傷，因此腐蝕將貫穿直升機服役全過程，部隊從接收新機開始即應長期開展腐蝕防護工作，直到直升機退役報廢。

3.2正確開展內部結構腐蝕預防工作

3.2.1內部結構易腐蝕部位檢查

1）檢查時機。建議處于濕熱地區旅和沿海地區的部隊每季度，其他部隊每半年，結合定檢、換季或機械日，通過檢查口蓋，拆掉貨艙裝飾板，借助手電筒、放大鏡、內窺鏡等工具設備，對前文所述的易腐蝕部位進行檢查。當更換發動機、主減速器或操縱系統部附件，安裝武器掛架時，可對上述重要部附件安裝座、操縱組合件等進行檢查。對于中機身外掛油箱安裝區，由于腐蝕問題普遍且腐蝕程度接近蒙皮穿孔，建議當直升機出廠時間達到3+1年時，結合換季拆下外掛油箱，對蒙皮進行腐蝕檢查和修理。

2）檢查方法。目視檢查是部隊進行腐蝕檢查的主要方法，如果發現涂層失效，如出現脫落、起泡、開裂、褪色、起皺和粉化等；鍍層失效，如鍍層脫落、變色、腐蝕等；直升機表面出現碎物或污染物，表面凹凸不平、不光滑、變形、有裂紋或斑點，說明即將出現或已經出現腐蝕，要引起機務人員足夠重視。機務人員應掌握常見金屬腐蝕特征，快速判斷腐蝕故障，見表1。

3.2.2內部結構排水、通風、防潮與電解液的處理

發動機主減艙、貨艙地板下、尾梁等部位密封不良或排水不暢，雨后、清洗直升機后容易積水。針對這些部位的積水要做到以下幾個方面。

1）首先要定期清理排水通道，主要包括清洗排水孔濾網，用冷氣吹排水管，防止油泥、異物、昆蟲堵塞排水通道，造成內部結構積水。

2）其次要查明內部積水原因，如發現內部結構積水，一方面要檢查積水來源，是由于密封不良導致滲漏積存，還是潮濕空氣在封閉內部結構由于溫度變化形成冷凝水，針對積水來源采取相應維護措施。另一方面要檢查排水通道是否暢通，清除濾網和排水孔堵塞物，清除內部結構排水通道障礙。

3）最后要使用正確的方法清洗貨艙地板，日常維護時不能用大量清水沖洗貨艙地板，防止水滲漏到地板下內部結構，應該使用擰干的抹布擦洗地板。

部隊駐地位于高溫高濕地區或沿海地區，在晴朗干燥的天氣時露天停放。直升機雨后和清洗直升機后，應打開直升機艙門、檢查口蓋進行通風晾曬，排除直升機內部結構潮濕空氣；也可以使用鼓風機對尾梁內部、貨艙地板內部、頂棚內部等空間進行換氣除濕，防止潮濕空氣經溫度變化在內部結構形成冷凝水，附著在零部件表面形成電解液。

電瓶的安裝和拆卸過程中有可能滲漏電解液。對于酸性電解液，使用20%小蘇打溶液進行清洗，對于堿性電解液，可采用5%醋酸溶液或全濃度的家用食醋進行清洗。

3.3內部結構腐蝕修理

按照腐蝕部位表面清洗、去除表面涂鍍層和腐蝕產物、腐蝕損傷測量與評估、表面防護涂鍍層恢復過程開展腐蝕修理工作[5]。

1）表面清洗：可以使用洗滌油進行表面初步清洗，再使用航空專用溶劑型清洗劑進行徹底清洗。表面清洗貫穿腐蝕修理每個過程，尤其噴漆前要進行徹底清洗，零部件表面不能殘留灰塵、油漬和腐蝕產物，確保噴漆質量。

2）去除表面涂鍍層和腐蝕產物：去除零部件表面殘留的涂鍍層和腐蝕產物一般有機械和化學兩種方法。機械方法采用砂紙、銅刷、鋁刷、鉤針、砂輪等工具進行機械打磨。化學方法是采用脫漆劑、鋼腐蝕產物去除膏、鋁合金腐蝕產物去除膏等進行化學反應后，使表面殘留物易于清除。通常針對不同結構、材料和腐蝕程度，機械和化學方法交替使用，取得最佳清除效果。

3）腐蝕損傷測量和評估：徹底清除腐蝕產物后，采用游標卡尺、深度規或腐蝕凹坑測量儀等自動測量工具對腐蝕損傷進行準確測量記錄，并按照維修手冊、修理手冊和大修指南給出的損傷標準進行評估，決定是否進行修理或者換件。

4）表面防護涂鍍層修復：鋁合金表面利用阿羅丁或鋁合金表面氧化膏進行氧化，鋼表面可采用腐蝕產物去除膏進行表面磷化；然后調制底漆和面漆，采用刷涂或噴涂方式恢復漆層。臨時性防護可采用水置換型脫水防銹劑進行防護，外部使用可保持半年有效防護。發動機表面黑漆可使用耐高溫防銹自噴漆進行修復。

對槳轂和尾槳轂表面鎘鍍層，可采用電刷鍍形式進行原位鍍層修復[6]。

表1　金屬腐蝕類型和特征Table 1 Metal corrosion types and characteristics

3.4記錄腐蝕故障并上報

腐蝕故障信息數據，包括發生腐蝕部位、形貌、尺寸和照片，發現腐蝕故障時機，直升機及腐蝕部附件使用日歷壽命，直升機使用環境經歷等[7]。上述故障數據對于設計部門掌握及糾正直升機腐蝕設計缺陷提高腐蝕防護能力，生產部門提高和保持直升機生產質量，部隊加強腐蝕防護薄弱部位預防具有重要意義。部隊機務人員應將腐蝕作為故障納入質控體系，針對內部結構易腐蝕部位進行檢查和預防，發現腐蝕問題進行修理并記錄，對于無法完成腐蝕修理的部位應及時上報機關，請大修廠、裝備應急保障基地和研究所協助完成腐蝕修理工作。

4　結論

根據筆者參與調研所得的數據分析可知，某型直升機內部結構腐蝕位置的數量隨直升機總日歷壽命增加而增加，隨腐蝕環境嚴酷而增加，而機體主承力框、桁條等結構在第三次大修時基本沒有出現腐蝕，總日歷壽命延壽具有很好的基礎。直升機內部結構腐蝕防護存在薄弱環節，結構密封措施不夠完善，國內大修采用的涂層性能低于俄涂層，在機身重要部附件連接接頭、地板艙內部等部位出現普遍腐蝕問題。大修廠和部隊應高度重視腐蝕問題，采取相應措施提高直升機腐蝕防護性能和部隊一線腐蝕防護能力，控制腐蝕出現和發展，為該型機總日歷壽命延壽奠定扎實基礎。

腐蝕原位監測是及時發現內部結構腐蝕的有效手段，國內相關技術和產品具有一定基礎，相關單位應盡早開展應用研究，為實現內部結構腐蝕視情維修、健康管理與故障預測、單機壽命監控奠定技術基礎。

[1]李宗原，李健，石金大，等.某型直升機尾減速器從動機匣腐蝕故障分析及預防對策研究[J].裝備環境工程，2014，11 （6）：105—109.

LI Zong-yuan，LI Jian，SHI Jin-da，et al.Corrosion Failure Analysis and Preventive Measure of a Type of Helicopter Tail Gearbox Casing Assembly[J].Equipment Environmental Engineering，2014，11（6）：105—109.

[2]高延達，李健，李宗原，等.淺析直升機的外場腐蝕防護[J].裝備環境工程，2014，11（6）：135—139.

GAO Yan-da，LI Jian，LI Zong-yuan，et al.Brief Analysis of Helicopter Field Corrosion Prevention[J].Equipment Environmental Engineering，2014，11（6）：135—139.

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LIU Jing，BAI Zeng-shu，LU Lu-xiang.M-17 Helicopters Configured[M].Beijing：Bureau of the General Staff of Army Aviation Unit Equipment，2007.

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CHEN Qun-zhi，WANG Yu-ya，CUI Chang-jing，et al.Corrosion Problems and Countermeasures of the Aging Aircraft[J]. Equipment Environmental Engineering，2014，11（6）：1—9.

[5] 沈軍.米-17系列直升機部附件腐蝕防護應用訓練[D].北京：總參陸航研究所，2014.

SHEN Jun.M-17 Series Helicopter Corrosion Protection Application Training Department of Accessories[D].Beijing：General Staff Department Army Aviation Institute，2014.

[6]沈軍，邊英杰，李健，等.電刷鍍技術在某型直升機槳轂表面鍍層局部損傷修復中的應用研究[C]//第三十一屆全國直升機年會學術論文集.北京：中國航空學會直升機專業委員會，2015：5.265—5.268.

SHEN Jun，BIAN Yin-jie，LI Jian，et al.The Application Research of Brush Plating Technology In a Certain Type of Helicopter Hub Surface Coating of Partial Damage Repair[C]// Helicopter of China Aviation Society Annual Meeting of the Committee for the 31th Term the Helicopter Research Papers. Beijing：Society of Professional Committee of China Aviation helicopter，2015：5.265—5.268.

[7]GJB/Z 138—2004，海軍航空裝備腐蝕控制要求指南[S].

GJB/Z 138—2004，Guide of Corrosion Control Requirements for Naval Aircraft Equipment[S].

Corrosion Protection and Repairing Countermeasures of Internal Structure of a Certain Type of Helicopter

SHEN Jun1，LI Jian1，WEI Rong-jun1，BIAN Ying-jie2，LI Zong-yuan1
（1.General Staff Department Army Aviation Institute，Beijing 101121，China；
2.Unit 66347 Equipment Department，Baoding 071000，China）

Objective To promote the ability of corrosion protection of a certain type of helicopter and carry out the research on corrosion protection and repair of internal structure of the helicopter.Methods The cause analysis was carried out on the area of corrosion and corrosion condition,and corresponding countermeasures and suggestions were put forward.Results The main bearing box and purlin of this helicopter did not appear serious corrosion,which had good foundation for prolonging service life.Conclusion The type of helicopter gradually entered the stage of aging and the corrosion showed a trend of rapid development.More attention needed to be paid in the use and maintenance in the future.

helicopter；the internal structure corrosion；corrosion protection；repair methods

2015-11-21；Revised：2015-12-10

10.7643/issn.1672-9242.2016.01.009

TJ07；TG174

A

1672－9242（2016）01－0045-06

2015-11-21；

2015-12-10

沈軍（1988—），男，浙江江山人，碩士，工程師，主要研究方向為直升機綜合保障、腐蝕防護等。

Biography：SHEN Jun（1988—），Male，from Jiangshan，Zhejiang，Master，Engineer，Research focus：the supportability of helicopter and corrosion prevention.