MA600 飛機發(fā)動機短艙隔熱層脫落原因分析及修理工藝改進研究*

■ 盛騰飛/中國民用航空飛行學院

1 故障現(xiàn)象

我院兩架MA600 飛機使用一定年限后，發(fā)動機短艙防火涂層均出現(xiàn)了不同程度的開裂、脫層現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為：短艙蒙皮部分區(qū)域出現(xiàn)鼓包；鼓包中心處飛機涂層與鋁合金短艙蒙皮剝離；隨著鼓包區(qū)域的發(fā)展，鼓包中心處涂層出現(xiàn)脆性開裂，并逐漸脫落；脫落后出現(xiàn)裸露蒙皮金屬，涂層斷層處可見明顯的分層結構。分層結構如圖1 所示。

對剝離的漆層取樣發(fā)現(xiàn)，該漆層脆性很大，稍微施加外力即變成乳白色粉末狀固體，可以被丁酮等有機溶劑褪去。蒙皮涂料剝離呈現(xiàn)片狀分布，蒙皮剝離程度后艙較前艙嚴重，后艙防火涂層剝離的粉末化程度也更高。

2 原因分析

查閱服務通告[1]，該機型采用的是FLAME CONTROL NO.173 加FLAME CONTROL NO.190 兩種涂料組合而成的噴涂方案，同時咨詢飛機生產廠家了解到，MA600 飛機發(fā)動機短艙的噴涂方案以FLAME CONTROL NO.173為防火涂層底漆，F(xiàn)LAME CONTROL NO.190 為防火涂層面漆，因此圖1 中“防火涂層”的主要成分是FLAME CONTROL NO.173，“面漆”的主要成分是FLAME CONTROL NO.190。采集脫落的漆層，在高倍光學放大鏡下觀察，F(xiàn)LAME CONTROL NO.173 和FLAME CONTROL NO.190 存在明顯的界限，其中FLAME CONTROL NO.173 漆層顯著膨脹和粉末化，F(xiàn)LAME CONTROL NO.190 面漆的狀態(tài)較為平整，未發(fā)生膨脹和粉末化。通過觀察法可以得出，MA600 短艙防火漆層大量脫落的原因為FLAME CONTROL NO.173 涂層的膨脹化和粉末化。

圖1 短艙蒙皮漆層脫落分層機構示意圖

查閱FLAME CONTROL NO.173 的技術說明文檔[2]，該型防火涂料的作用機制是遇到高溫灼燒時通過膨脹形成厚而密的防火屏障，即該涂料在遇到高溫時會主動膨脹化來抵御高溫。根據(jù)FAA的測試數(shù)據(jù)，0.033in 厚度的NO.173 涂層滿足FAA 的 2000 ℉（約1093℃）高溫下抗燒蝕15min 的要求，時間安全裕度約為50%（NO.173 可抵御燒蝕22min以上）。

分析FLAME CONTROL NO.173 涂層的防火原理，對防火涂層脫落的原因提出假設：MA600 飛機發(fā)動機短艙蒙皮防火涂層雖未出現(xiàn)過著火情況，但由于短艙接近發(fā)動機本體，涂層長期受到發(fā)動機運行高溫的烘烤，提前發(fā)生了老化，表現(xiàn)為漆層膨脹化、粉末化，因此失去防火作用，從蒙皮上剝離。

2.1 防火涂層數(shù)學模型

為了驗證該假設，需要證明涂層膨脹化和粉末化程度與短艙內溫度的關系，按以下步驟建立數(shù)學模型：

1）以飛機短艙隔框為單位，將MA600 短艙發(fā)動機蒙皮分成若干區(qū)域，如圖2 所示；

圖2 發(fā)動機上蒙皮分區(qū)圖

2）測量每個區(qū)域在發(fā)動機運行時的溫度T；

3）測量每個區(qū)域中發(fā)生膨脹化和粉末化的防火涂料面積（網(wǎng)格近似法）；

4）計算膨脹化的防火涂料面積占該區(qū)域的百分比D，D 可以近似表征該區(qū)域防火涂料的損壞程度（損壞率）；

5）通過分析軟件證明T 和D 的數(shù)學關系。

所使用的測量條件和方法為：

1）外界溫度1℃，濕度39%；

2）使用德力西DM-5002 型紅外測溫儀，測溫范圍-50℃～500℃；

3）飛機發(fā)動機推完大車，充分運行，隨后將發(fā)動機油門桿推至慢車狀態(tài)，測量發(fā)動機在運行下的蒙皮溫度。為了保證溫度的準確性，在每塊蒙皮取5 個點進行測量，取平均值表征該區(qū)域的平均溫度T。

選取我院某架發(fā)生該典型問題發(fā)動機包皮，經過實際測量，該發(fā)動機運行時包皮所在區(qū)域的溫度T 和該處防火涂層膨脹化程度如表1 所示。

表1 實測數(shù)據(jù)

通過Origin 軟件測算，對上述數(shù)據(jù)做線性擬合，擬合曲線如圖3 所示。

由圖3 可以看出，防火涂層的損壞程度與該區(qū)域的運行溫度有一定關系，進一步通過軟件測算出近似函數(shù)關系，如表2 所示。表2 中，R-Square=0.95341，擬合度較高。

表2 溫度T與損壞率D之間的函數(shù)關系

圖3 區(qū)域溫度與漆層損壞率之間的線性擬合

2.2 防火涂層膨脹化的分析

根據(jù)上述測算結果，MA600 飛機發(fā)動機短艙防火涂層損壞程度D 和該區(qū)域運行溫度T 近似呈現(xiàn)二次函數(shù)關系，該區(qū)域的運行溫度T 越大，防火涂層膨脹化（損傷）程度越高，因此高溫是導致該區(qū)域防火涂層膨脹化、粉末化的直接原因。結合FLAME CONTROL NO.173防火漆技術說明文檔里的防火特性，該涂料在遇到高溫時會主動膨脹化來抵御高溫，因而得出結論：根據(jù)FLAME CONTROL文檔，該種涂料在2000℉（約1093℃）高溫下能夠抗燒蝕15min，但當溫度遠沒有達到2000 ℉的著火溫度時，發(fā)動機短艙內部的防火涂層在發(fā)動機運行高溫長期烘烤下仍會發(fā)生老化現(xiàn)象，漆層損壞率和該區(qū)域的溫度的平方呈正相關。

3 結束語

由上述分析可知，F(xiàn)LAME CONTROL NO.173 防火漆不適用于高溫區(qū)的防火保護，該漆層在發(fā)動機長期炙烤下會加速老化發(fā)生膨脹化和粉末化。要解決該問題，需將MA600 的所有防火漆層褪掉，重新噴涂耐高溫的防火漆層。飛機廠家已發(fā)布最新服務通告[1]，將防火涂料改為HDY-ARR-1 型涂料，經西飛民機驗證，該涂料能夠有效避免FLAME CONTROL NO.173 防火漆層類似的問題。