波音787飛機駕駛艙風擋玻璃外層破裂研究

張永勝

摘要：全球波音787飛機機隊多次發(fā)生飛行階段駕駛艙風擋玻j離外層破裂故障，已造成多起返航或者備降的不安全事件。本文對風擋結(jié)構(gòu)與玻璃破裂原因進行分析，并提出了預防措施。

關(guān)鍵詞：波音787;駕駛艙風擋玻璃：破裂

0引言

波音787飛機上使用的是PPG公司生產(chǎn)的駕駛艙風擋玻璃，包含1號、2號左右各兩塊風擋。近年來，隨著波音787飛機投入運營，報告的駕駛艙風擋玻璃破裂數(shù)量呈增長趨勢，并且主要集中在1號風擋玻璃外層。

2017年在波音論壇Fleet IdeaXchange上發(fā)起過此問題的討論，收到了國外多個營運人的反饋，結(jié)合波音報告匯總統(tǒng)計，自波音787投入運行以來，約發(fā)生了50余起1號風擋玻璃外層破裂事件，并且由于大部分索賠被波音公司拒絕，各營運人承受了較大的經(jīng)濟損失。波音對截至2017年2月駕駛艙風擋玻璃破裂原因進行的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，大部分外層玻璃的破裂發(fā)生在12000-18000飛行小時，主要原因是由隆起封嚴失效導致。

1駕駛艙1號風擋結(jié)構(gòu)

波音787飛機駕駛艙1號風擋由三層組成：中間層與內(nèi)層（MAINPLY）是丙烯酸塑料材質(zhì)的結(jié)構(gòu)層，最外層（FACEPLY）是玻璃材質(zhì)的非結(jié)構(gòu)層，外層與中間層敷設有防冰加熱膜（ ANTI-ICEINTERLAYER）;中間層和內(nèi)層敷設有除霧加熱膜（DE-FOG INTERLAYER），如圖1所示。這種設計的最大優(yōu)點就是重量輕，具有燃油經(jīng)濟性，但是相對來說可靠性低。

在最外層玻璃與風擋結(jié)構(gòu)框架之間有一圈隆起封嚴（HUMP SEAL），主要作用是阻止潮氣侵入夾層的加熱膜中，防止引起匯流條電弧而使風擋外層玻璃破裂。

風擋的設計原則是破損安全設計，中間層與內(nèi)層為結(jié)構(gòu)受力層，外層是非結(jié)構(gòu)層。飛機運行中，非結(jié)構(gòu)層發(fā)生破裂時風擋仍然具備完整結(jié)構(gòu)強度;而當任何一個結(jié)構(gòu)層破裂失效時，都將由另一個結(jié)構(gòu)層承受載荷。駕駛艙風擋強度設計裕度為：任何一個結(jié)構(gòu)層發(fā)生破裂失效時，另一結(jié)構(gòu)層最大可承受22psi的壓力，并最多持續(xù)6小時。

1號風擋的設計曾歷經(jīng)幾次重要改變，件號不同意味著構(gòu)型不同，見表1。

2駕駛艙2號風擋結(jié)構(gòu)

波音787駕駛艙2號風擋與1號風擋結(jié)構(gòu)相同，如圖2所示，區(qū)別是在層與層之間的加熱膜（INTERLAYER）上：2號風擋外層與中間層之間沒有防冰匯流條（ANTI-ICE BUSBAR），只在中間層與內(nèi)層間有除霧匯流條（DE-FOGBUSBAR），如圖3所示。所以，2號風擋的加熱功率遠小于1號風擋。

3風擋外層玻璃破裂的原因分析

在飛機飛行過程中，受增壓載荷作用，風擋外層玻璃主要承受拉伸載荷，增壓變形大。外層玻璃破裂后會形成網(wǎng)格狀，如圖4所示。

對多起波音787風擋玻璃外層破裂故障進行分析，得出風擋破裂的突出誘因是潮氣入侵。潮氣入侵是一個緩慢的過程，是玻璃破裂的一個充分條件。

隆起封嚴是阻止潮氣入侵的最主要屏障，在飛機長期運營過程中會出現(xiàn)破損失效，潮氣可以入侵到玻璃夾層，匯流條通電加熱后產(chǎn)生電弧，最終導致玻璃破裂。其中，常見的隆起封嚴失效形式包括裂紋、脫膠、風蝕等。

由于1號風擋存在防冰匯流條，加熱功率比2號風擋大，因此其對潮氣入侵的影響也更加敏感。因此，迄今為止都是1號風擋玻璃外層有破裂現(xiàn)象，在世界機隊中還未曾報告過2號風擋的同類故障。

由于波音MRBR是基于MSG-3（Rev2）分析的，因此并未給出風擋定期檢查要求。近40年來，盡管多家航空公司曾要求將波音機型風擋玻璃的檢查要求加入MRBR或者MPD中，但最終仍然未被工業(yè)指導委員會（ISC）采納。這主要是由于工業(yè)指導委員會考慮到風擋運營環(huán)境多樣化，運營中的拆換原因也多種多樣，因此未將風擋的定期維護任務加入MRBR或者MPD中。但是這樣的做法，導致航空公司沒有主動檢查風擋的意識和措施。對于波音787飛機而言，隆起封嚴的破損是一個逐漸發(fā)展的過程。受航線檢查時接近條件所限，當封嚴出現(xiàn)破損時機務人員很難在第一時間發(fā)現(xiàn)問題，進而封嚴破損會加劇至成段的脫膠或者斷裂，直到機組飛行中聽到封嚴擊打風擋周邊的噪聲后才會向機務人員報告，此時潮氣很可能已經(jīng)入侵到風擋夾層中，并且這種潮氣入侵無法通過加熱或者自然蒸發(fā)等手段去除，積累到一定程度，在匯流條通電后最終導致玻璃破裂。

此外，由于波音787風擋尺寸大，增壓變形大，受到雨刮器或者其他外來物磨損、撞擊時的表現(xiàn)更為敏感，出現(xiàn)的裂紋、劃痕等損傷發(fā)展也更加迅速。由于沒有定期的檢查要求，造成了風擋早期出現(xiàn)的損傷不能被及時處理修復，留下了風擋破裂導致飛機AOG的隱患。

4預防措施

由于潮氣入侵的結(jié)果會導致風擋玻璃破裂，因此應該想辦法延緩潮氣入侵的過程，才能夠有效提高風擋的使用壽命以及可靠性。潮氣入侵本身并不是缺陷，且在風擋的使用過程中是不可避免的，只有潮氣入侵積累到一定程度，直觀上導致了玻璃分層，銀色匯流條變色或者局部過熱產(chǎn)生的小氣泡才是缺陷，需要航空公司采取措施以免影響未來航線運行的破裂隱患。

航空公司應該將駕駛艙1號和2號風擋的定期檢查項目加入到各自的維修方案中，建議在每個A檢進行相應的檢查修復，這樣可以延緩潮氣入侵的過程，及時發(fā)現(xiàn)風擋的損傷，避免風擋破裂。檢查的重點應該集中在隆起封嚴、匯流條端頭的氣泡、匯流條的變色以及潮氣入侵上。其中，隆起封嚴的檢查不能完全依賴目視，必要時檢查者需用手指撥動封嚴以判斷是否存在脫膠損傷。對于發(fā)現(xiàn)的任何損傷，嚴格按照AMM或者廠家建議進行處理。

近兩年，海航航空技術(shù)股份有限公司自建立風擋定期檢查項目以來，再未出現(xiàn)過外層玻璃破裂故障，風擋可靠性高于世界機隊平均水平。

結(jié)合使用經(jīng)驗以及廠家建議，在風擋日常維護良好的前提下，5～6年以上壽命的風擋容易出現(xiàn)明顯的潮氣入侵，7～8年壽命的風擋應該視情主動更換。每種機型的風擋都有使用壽命，但在目前的技術(shù)文件中并沒有明確體現(xiàn)，以往都是發(fā)現(xiàn)故障進行被動更換，可能造成事故征候或者不安全事件，這就要求工程師對駕駛艙風擋玻璃進行分梯度、分層次的關(guān)注并及時決策，做到故障早識別，早處理，不留隱患。

索賠方面，為了最大程度挽回航空公司的經(jīng)濟損失，根據(jù)以往風擋索賠成功的經(jīng)驗：對于風擋未破裂的情況，如果是潮氣入侵導致了玻璃分層，是可以索賠的;對于風擋已經(jīng)破裂的情況，如果風擋破裂前有過隆起封嚴多次脫膠損傷的證據(jù)，也是可以索賠的。

5結(jié)論

為了提高波音787飛機駕駛艙風擋玻璃可靠性，航空公司應該根據(jù)實際情況在維修方案中建立定期檢查維護要求，并對風擋實際狀態(tài)長期監(jiān)控，避免飛機在航線運行中出現(xiàn)風擋破裂情況。

參考文獻

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