A320飛機方向舵脫膠的檢查、修理及預防

楊國亮

摘要：空客A320系列飛機在定檢期間經常發現方向舵脫膠損傷，尤其是越洋飛行的飛機更為明顯。本文闡述了空客320系列飛機方向舵脫膠的檢查方法、修理步驟及預防措施。

關鍵詞：方向舵；脫膠；修理；預防

O引言

方向舵位于飛機的后方，鑲嵌在垂直尾翼內，主要用于修正飛機的航向和小角度轉向。它主要是由兩塊對稱的面板通過膠結和套筒螺釘連接而成（見圖1），兩塊面板由碳纖維/玻璃纖維蒙皮和非金屬蜂窩芯組成，蜂窩區域由外到內分別為膠膜碳纖維預浸料 玻璃纖維預浸料Nomex蜂窩玻璃纖維預浸料碳纖維預浸料保護層；實心層合區域在碳纖維預浸料和玻璃纖維預浸料之間增加了多層膠膜。

在數次維修定檢期間，均發現方向舵的損傷主要為碳纖維/玻璃纖維蒙皮與蜂窩之間的脫膠，其他的損傷類型很少。在開展相關工作之前，需要澄清兩個比較容易混淆的概念：脫膠和離層。脫膠是指蜂窩與纖維蒙皮之間脫開，離層是指碳纖維/玻璃纖維鋪層之間分離。方向舵的損傷主要是脫膠，幾乎沒有離層的情況發生。

1 方向舵脫膠的檢查方法

部件脫膠最常見的檢查方法是敲擊法。敲擊法不僅適用于非金屬復合材料部件，還適用于金屬部件，該方法不需要復雜的工具設備，僅需敲擊錘，簡單方便，省時省力。因為在方向舵的后緣，組成方向舵的面板由等厚逐漸變薄，即由平行區域（parallel area）變為錐度區域（taper area），因此在執行方向舵脫膠的敲擊檢查時，敲擊方向應沿方向舵的長軸，即平行于后緣的方向進行。不同厚度的蜂窩面板，在敲擊時會發出不同的聲音，可能會影響對損傷的判斷，所以在敲擊時需要避免跨厚度敲擊。同時，敲擊方向的選擇非常重要，該標準不僅適用于方向舵，還適用于所有厚度有變化的面板。

方向舵沒有脫膠區域的敲擊聲音非常清脆，而脫膠區域則比較沉悶。敲擊法有很多優點，但是也存在非常大的局限性，它只能對脫膠嚴重的區域做出有效的判斷，卻很難準確判斷出輕微脫膠。

超聲波檢查可以對脫膠區域做出準確判斷。根據超聲波回波特點，可以清晰地確定脫膠的區域，而且超聲波檢查還能夠確認脫膠的位置是方向舵面板的內部還是外部。因此，航空公司給出的檢查方案，甚至空客給出的檢查方案，一般僅用超聲波檢查。然而，實際工作中僅依靠敲擊法和超聲波檢查依然存在風險。因為導致方向舵脫膠的主要因素是有水分浸入面板，在脫膠區域的周圍，水分已經擴散，但是可能尚未形成完全脫膠，敲擊法和超聲波檢查無法發現這樣的損傷。但是在進行脫膠區域固化時，溫度的升高會導致未完全脫膠的浸水區域脫膠，進而導致再次、更大范圍的返工修理。所以，在執行完以上兩種檢查后，還需要進行X射線的檢查。X射線的檢查能夠清晰地發現浸水區域，對維修范圍的確定非常有必要。

綜上所述，在確認方向舵脫膠的區域時，首先使用敲擊法確定大體的區域，然后進行超聲波檢查和X射線檢查，從而確定脫膠的準確區域以及浸水的區域，維修人員需要綜合以上情況，制定合理的維修方案。

2 方向舵修理的步驟

通過對維修數據的統計，發現方向舵脫膠全部發生在2塊面板的第1至第28顆螺釘孔的周圍（螺釘孔自下至上為1到32），即ZONE W和ZONE F區域（見圖2），其他區域尚未發現脫膠的情況。

某次定檢過程中遇到的脫膠損傷如圖3所示，脫膠位于第26顆螺釘的周圍，損傷的尺寸為127mm×230mm，損傷距離后緣195mm（該區域之前曾損傷過，但不影響此次修理），內外蒙皮與蜂窩都脫膠。因為該損傷非常具有代表性，為便于描述，以下維修方案以該損傷為例進行闡述。

結構修理手冊（SRM）并沒有針對該損傷的永久性修理方案，對臨時修理方案的要求也非常苛刻，所以需要咨詢空客公司。空客公司對此制定的維修方案考慮非常全面，因為方向舵體積較大，且所處位置很高，拆除及安裝都比較困難、耗時耗力，所以空客允許對方向舵進行在位修理，避免了營運人與MRO執行者可能存在的沖突。但是在位修理的條件非常苛刻：

1）濕度必須在20%～75%之間，溫度在15—30℃之間；

2）在使用、處置或施加粘結材料時，嚴禁接觸脫模劑、蠟、油脂及硅膠；

3）在施工期間，嚴禁啟用發動機及可能產生油脂、滑油、燃油或其他污染物的設備；

4）禁止使用受污染的工具設備；

5）在進行打磨工作時，必須使用除塵設備（吸塵器）。

為滿足上述要求，建議工作者使用塑料紙搭建臨時的無塵空間，使用溫濕度計對維修過程進行監控和記錄。

在滿足上述要求的情況下可以開展修理工作，主要步驟及注意事項如下：

1）脫膠區域蜂窩及套筒螺釘的去除（在無損探傷完成脫膠區域的檢測后，外側蒙皮參考SRM51-77-11第4段提供的標準施工方法已去除）。蜂窩去除的關鍵在于去除程度，由于蜂窩與蒙皮之間在粘結時采用高溫加壓的方式，使蜂窩肋嵌入玻璃纖維層，在去除蜂窩時，可以打磨至最內側的玻璃纖維層，以得到滿足要求的平面。如果去除后蜂窩肋仍然存在，則無需繼續打磨，詳見圖4。在拆除套筒螺釘時，需要對套筒螺釘周圍的膠進行加熱，使其軟化，嚴禁使用敲打方法拆除。

2）在去除蜂窩及套筒螺釘后，如果內部纖維鋪層無褪色、粘連等異常現象，需要對內表面進行水膜測試，水膜測試標準如圖5所示。在水膜測試時，如果有局部很小的區域無法通過測試，可以使用細砂紙（80目）進行手工打磨，防止使用氣動工具對復合材料鋪層造成損傷。在完成水膜測試后，需在60℃下除水至少2小時（SRM51-77-11第4段有標準的除水程序）。

3）使用填充膠（件號為EA9394）填充對稱面板的第26顆螺釘孔。

4）根據SRM51-77-11第4段，準備更換的蜂窩芯及內表面修理鋪層；根據SRM51-77-11第5段，使用粘結膠（件號為EA9396）施加內表面修理鋪層，出現凝膠之后，準備安裝蜂窩芯。

5）準備足夠的粘結膠（件號為EA9396）并添加45%（體積）的增稠劑，將兩者的混合物施加在內表面及蜂窩芯周圍，厚度保持在4～Smm之間。以需要安裝的套筒螺釘為中心，對周圍25mm范圍內的蜂窩進行完全填充。在對蜂窩進行填充時，需要先將蜂窩加熱到35℃（不能超過35℃），以達到理想的填充效果。

6）參考SRM51-77-11第5段，安裝已準備好的蜂窩芯，并按需使用填充膠對新舊蜂窩芯之間的縫隙進行填充。在室溫下，在-O.lbar的壓力下固化1小時；之后加溫到65℃，再保持1小時，加溫速率不能超過2℃/分鐘。

7）完成蜂窩固化之后，需要對表面再次進行水膜測試，隨后根據SRM51-77-11第4段和第5段準備修理鋪層并安裝。安裝鋪層時，要在-O.lbar的壓力下室溫固化1小時；之后加溫至60℃C，再保持4小時，加溫速率不能超過2℃/分鐘。

8）鋪層安裝完成后，重新安裝套筒螺釘，最后對修理影響區域進行打磨噴漆。

在修理過程中，有幾點需要特別注意：

1）在對蜂窩芯進行灌注填充時，必須對蜂窩芯進行加熱，溫度應控制在35℃之內，以便有效趕出蜂窩內部的空氣，保證填充時能夠使膠最大限度地侵入蜂窩。如果不對蜂窩進行加熱而直接填膠，會導致膠在固化過程中不斷鼓泡，無法起到對蜂窩的密封作用，更無法達到手冊要求的4～5mm厚度。

2）填充膠及修理鋪層必須先在室溫下進行l小時的固化，然后再加熱，整個過程中需監控溫度，因為膠在固化期間會在短時間內放出很大熱量，從而導致部件迅速升溫，如果溫度升高過多，必須采取降溫措施。在某次的維修過程中，部件溫度曾上升至180℃，如果沒有溫度監控，很可能造成臨近區域的損傷。

3）由于方向舵在位修理的修理區域離地面比較高，需要使用梯架，而且在修理時為滿足空客提出的環境要求，一般會搭建臨時的密封區域，空間狹小、通風差，所以要采取恰當的勞動保護措施，如使用安全帶、護目鏡及防護面罩等。

3 脫膠損傷的預防

方向舵脫膠最主要的原因是由于水分的浸入。水分的浸入有三個途徑：由方向舵的后緣浸入；由套筒螺釘處或其周圍復合材料處浸入；由前方豎板處浸入。針對前兩個浸水的主要途徑，可以采取的措施是：

1）及時檢查方向舵后緣的密封膠。方向舵后緣的密封膠比較厚，單面厚度大約為2.5mm，在經過長時間的飛行后，振動及自然環境頻繁的交替變換易加快密封膠的老化，使其出現較多裂紋甚至脫落。因此，建議在飛機每次的C檢及更高級別的檢查中增加對后緣密封膠的檢查。如果發現密封膠裂紋及脫落的情況，應及時更換。重新密封時，應對兩塊面板的搭接處做重點處理，確保所有縫隙都被完全密封。

2）及時檢查32顆套筒螺釘周圍漆層。方向舵在空中受到氣動力的影響，32顆套筒螺釘也會受到不同程度的應力和扭矩，進而導致套筒螺釘產生微小的位移，水分易從位移處浸入。需要說明的是，安裝這32顆螺釘使用的膠為EPOCAST1618XX，該膠可以同時滿足空客和波音的要求，是民用飛機上安裝類似的套筒螺釘及INSERT最常用的膠。此膠在加熱時會軟化，便于套筒螺釘及INSERT的拆除，但是該膠的最大缺點是吸水性較強。波音737CL系列飛機擾流板上安裝INSERT都是使用這種膠，因為經常出現脫膠情況，波音公司為此在INSERT上面安裝了封嚴，雖然起到一定的效果，但仍然無法從根本上解決問題。套筒螺釘產生的微小位移，并不會對方向舵整體的安全性及功能性產生影響，但是會導致其周圍區域的漆層產生裂紋或脫落，這直接導致膠與空氣、水分之間的屏障被打破，為水分的浸入打開了通道。所以，在定檢期間，應該加強32顆螺釘周圍漆層的狀況檢查，并檢查螺釘的墊圈是否發生移動或松脫，若有則應及時打磨，重新刷漆或重新安裝螺釘及墊圈。

在平常的檢查維護期間，工作者如果能及時做到以上兩點，就可有效防止水分的浸入，從而有效預防方向舵的脫膠。

4 結束語

方向舵一旦脫膠，需要盡快維修，否則脫膠的范圍將迅速擴大。空客對方向舵許可的維修范圍定義為600cm2，一旦超標就可能需要更換整個方向舵，費用高、周期長。即使脫膠在600cm2以內，檢查及維修的過程最快也需要4天左右的時間，對航空公司的運營產生較大影響。因此，針對方向舵的脫膠問題關鍵在于預防，若營運人按照本文中提到的方法加強對方向舵的檢查力度，完全可以避免脫膠。

參考文獻

[1] Airbus. A320 Structure RepairManualRevision 120[2].

[2]Airbus. A320 Aircraft MaintenanceManual Revision 49[2].