民用飛機結構的防腐蝕設計與研究

柳醉

【摘 要】航空技術的發展日新月異，民用飛機的設計技術也顯得越來越重要，飛機結構的腐蝕損傷不僅會導致結構的強度降低、結構的功能失效，而且會使飛機的使用壽命降低，甚至影響飛行安全。一個成功的機型必須要有優秀的結構防腐蝕設計，本文結合飛機結構的設計過程來探討民用飛機結構防腐蝕設計的要求及其措施。

【關鍵詞】民用飛機；結構；防腐蝕

The Design and Research of Corrosion Protection of Civil Aircrafts Structure

LIU Zui

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai 201210，China）

【Abstract】The development of aviation technology has highly advanced， the design technology for civil aircraft has also become more and more important.The corrosion damage of aircrafts structure will not only lower the structural strength，lost the structural function， but also reduce the service life of the aircraft， and even lead to loss of safe flight. A successful aircraft must have an excellent design of the structure corrosion protection. According to design procedure of the aircrafts structure， the requirement and programme of the structure corrosion protection has been analyzed and discussed in this article.

【Key words】Civil aircraft；Structure；Corrosion protection

0 引言

對飛機來說，腐蝕是一種隱秘且危險的破壞力，它是飛機結構的主要損傷形式之一，也是導致飛機結構性能弱化的主要因素之一，其對民用飛機的影響更為嚴重，它會降低飛機的出勤率、大大增加飛機的使用維護成本，甚至會縮短飛機壽命、危及飛行安全。

結構的防腐蝕設計需要從設計、制造、使用、維護、退役這樣一個全過程來考慮，雖然結構的腐蝕損傷大多發生在使用階段，但其產生的原因卻孕育于設計階段，因為設計圖紙代表了飛機的固有特性，其腐蝕特性一般從圖紙上就開始有了；本文來探討設計階段的結構防腐蝕設計。

1 腐蝕的定義及結構防腐蝕設計的目標

以前，腐蝕僅局限于金屬腐蝕，后來隨著非金屬材料的發展，腐蝕的定義也擴展到了非金屬，所謂的腐蝕是指一種物質由于環境的作用而發生破壞或變質的現象。

從經驗來看，造成飛機結構故障的主要原因有疲勞和腐蝕，而疲勞又往往與腐蝕有關，所以飛機結構的防腐蝕設計很重要，中國民航條例CCAR中對飛機結構的腐蝕控制要求比較全面，從零件的結構形式、表面防護到機體內部排水、排液、通風，再到維修性、損傷評定等方面都有適當的要求。由于適航條例大多是基于安全性制定的，故設計時應將適航條例的要求作為結構防腐蝕設計最基本的目標。

2 民用飛機的腐蝕環境及腐蝕分類

2.1 民用飛機的腐蝕環境

根據結構的開敞性及腐蝕介質情況，可將民機的腐蝕環境分為三類：a）與空氣/冷凝水接觸，易接近的干燥區域；b）可能有燃油泄露的區域；c）易被液壓油、潤滑油、廚房廁所廢液所污染的區域，液體易聚集的區域，不易接近的區域，易受損的區域。其中a類環境相對較好，b類次之，c類則屬于環境惡劣的區域。

2.2 民用飛機的腐蝕分類

飛機腐蝕的類型主要取決于零部件的選材、介質特點和受力狀態。飛機結構的主要腐蝕類型有以下幾種：點蝕、晶間腐蝕、剝落腐蝕、縫隙腐蝕、接觸腐蝕、微動腐蝕、應力腐蝕、氫脆、腐蝕疲勞、微生物腐蝕。例如點蝕是一種在金屬上產生針狀、點狀、小孔狀損傷的局部性腐蝕，屬于陽極反應的一種，是一種自催化的過程。這些腐蝕類型在飛機結構中較為常見，它們都有可能引發結構破壞或降低設計性能，其中應力腐蝕和腐蝕疲勞造成的影響最為嚴重，它們直接影響到飛機的使用維護性，甚至飛機壽命。

3 基于飛機結構設計的防腐蝕設計

3.1 合理的結構形式

本文所說的合理的結構形式主要是從防腐蝕角度考慮的。為使飛機有更好的防腐蝕性能，零組件的結構形式應該盡量具備以下幾個特點：

a）盡量不設計有封閉剖面或近似封閉剖面的零件，當因特殊需求而需采用這樣的零件時，應將零件空腔開口處可靠地封閉或密封，并在封閉或密封前進行內表面防腐蝕處理，如無法采取封閉或密封措施，則應當使零件具有便于檢查、維護等特點。

b）對于復雜的零件，在保證完整性的前提下應當盡量避免在排水路徑上設計有較深的槽體結構，避免液體聚集；當因特殊需求而采用此類結構時，應當在槽體內設計通孔，讓液體及時流走；圖1為某型飛機上典型的盒裝零件，因特殊需求而形成了較深的槽體結構，且零件正好布置在機身底部的排水路徑上，此槽體內部的肋壁上設計有排水孔。

c）在材料和工藝允許的條件下，盡量將零組件結構進行一體化設計，以減少連接件，這樣不僅可以減重、提高結構效率，還可以降低腐蝕介質滲入連接縫隙的可能性；圖2為飛機蒙皮加強板的結構示意圖，該零件在飛機航向上跨越兩個隔框，考慮到隔框在蒙皮的縱向對接縫處一般都設計有止裂板，設計時可將加強板和止裂板進行一體化設計。

3.2 合理的結構選材設計

合理選材能使結構的腐蝕傾向減至最低，這對飛機的安全性、可靠性及低維護、長壽命是十分重要的。材料的特性從根本上決定了結構的耐腐蝕性能，它是防腐蝕設計中最基本的一環。

目前飛機上常用的鋁合金材料，其密度低、比強度和比剛度較高、抗疲勞性能和耐腐蝕性能也較高，是飛機結構理想的材料。設計時應盡量選用耐點蝕、晶間腐蝕、剝落腐蝕、應力腐蝕等的材料類型和熱處理狀態。結構鋼的耐腐蝕性能較差，但由于其力學性能和工藝性能較好，且價格相對低廉，所以其在飛機材料體系中仍然占有一定的地位；使用結構鋼時應盡量選用對點蝕、晶間腐蝕等不敏感的材料類型和熱處理方式。相對而言，不銹鋼則有較好的抗氧化和耐腐蝕性能，且其耐磨、耐熱等性能也很好，故在飛機結構中對耐蝕、耐磨、耐熱等有要求的部位使用不銹鋼能收到良好的效果。

飛機上的非金屬結構材料一般都是復合材料，復合材料必須予以保護，以免受到濕氣、鹽霧、溶劑、輻射等的影響而變質；目前常用的復合材料（如碳纖維等）的耐腐蝕性能較好，應盡量選用韌性好、耐熱、耐老化、無毒、與相關材料匹配性好的基體材料。

材料的相容性很重要，飛機結構中存在大量相互連接、相互配合，選材時應盡量在同一部位選用相同的材料，以免因電位差引起接觸腐蝕，當不可避免的需要選用不同材料時，應選用電位差較小的材料，并在接觸面增加隔離密封層，以降低接觸腐蝕的速率。

4 結論

本文從零部件的結構形式、材料選用、表面防護等方面分析和探討了民用飛機結構設計過程中的防腐蝕設計，從中我們可以發現，優秀的飛機防腐蝕設計對飛機的維護維修性、可靠性、經濟性、長壽命等方面都有著非常積極的作用，其設計過程的每一步都需要設計工程師來充分權衡利弊。

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