沿海地区飞机的三防工作研究

2022-03-29 08:26:23 | 浏览次数：

摘要：沿海地区因受潮湿、高温、盐雾、霉菌等影响，经常使飞机金属腐蚀、涂层剥离、油料变质、橡胶老化，危及着飞机安全，分析得出：只有从飞机设计、加工、装配、维护、保养等方面采取全面有效控制措施，提高飞机抗湿热、抗盐雾、抗霉菌能力，才能保证飞机沿海地区的飞行安全，对飞机设计、加工、装配、维护、保养等工作有很好的指导作用。

关键词：沿海地区;湿热;盐雾;霉菌;三防;腐蚀

中图分类号：TG179 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0071-04

0 引言

据统计，沿海地区飞机故障因环境因素引起失效约占飞机失效总数的52%以上，其中，温度因素约占环境因素引起失效总数的55%，霉菌因素约占环境因素引起失效总数的15%，振动因素引起约占环境因素引起失效总数的20%～40%，潮湿因素约占环境因素引起失效总数的19%，盐雾、砂尘约占环境因素引起失效总数的6%，温度、振动、湿度、霉菌和盐雾约占环境因素引起失效总数90%以上，而机载电器类产品因潮湿因素约占因潮湿因素失效总数的80%[1]，沿海地区的环境给不仅带来飞机维护成本和工作量增加，而且严重影响着飞行安全，例如，1981年一架B737-200客机，由于机身腐蚀引起结构破坏导致飞机坠毁，1985年8月12日日本一架B747客机因应力腐蚀断裂而坠毁，机上500多人丧生，2000年5月7日台湾华航一架B747飞机从台湾飞往香港大修途中，由于金属腐蚀疲劳造成尾翼裂纹坠毁，导致机上225人丧生，因而，做好飞机三防工作是沿海服役飞机环境适应性的基本要求。

1 沿海环境诱发飞机产品失效机理

当飞机在海上或沿海地区长期执行任务，处于海洋大气环境中，尤其是在亚热带和热带沿海环境下，受潮湿、高温、盐雾和霉菌的影响，飞机失效速度加快，其中腐蚀是飞机失效的主要形式之一，试验表明纬度越低，离海岸线越近，飞机越容易发生腐蚀（表1）[2]。主要表现在飞机表面防护层脱落，铆钉、螺钉、螺栓、螺母、蒙皮等部结构件金属腐蚀，犄角和缝隙等部位材料腐蚀，应力集中、应力过大有等部位金属发生腐蚀裂纹和疲劳裂纹，橡胶制品、复合材料、表面防护层等黏着、龟裂、侵蚀、分层、膨胀、剥离等老化现象加快，其中以电化学腐蚀和应力腐蚀最为常见（表2）。

1.1 潮湿

当空气潮湿度大于65%，金属表面形成水膜，当空气潮湿度大于76%，金属腐蚀速度急剧增加，潮湿使金属构件表面构成电解液环境[3]，使金属结构件（如壁板、隔框、管件、钢索等）氧化、腐蚀加速[4]（图1）;设备舱室内容易出现凝露现象，附着在电器元件的接触点上，会引起飞机（如非密封舱段和机翼、尾部、起落架等部位）上导线、金属插头、电器件、印制电路板等氧化、腐蚀（图2），造成电路、开关、继电器等绝缘不良、电阻过大，甚至造成漏电、短路、打火、断路、过热、烧损、噪音、频率漂移等故障;当发动机上高压点火电路与器件受潮后，高压部分因严重漏电，使起动点火能量不足，严重时会造成发动机起动困难或起动不成功。

当空气潮湿度大于80%时，飞机结构材料受潮，不但会引起结构重量增加、体积膨胀变形、组织疏松，而且造成涂层起泡、分层等损伤，造成材料老化、破裂、强度降低。

随着空气潮湿度增加，使飞机燃油、液压油、滑油及结构缝隙、插头中水分增加，为细菌、真菌、霉菌等微生物滋生创造了有利条件，容易诱发微生物污染，导致飞机油箱聚氨酯泡沫发生水解或发生微生物污染而掉渣，造成燃油、液压油、滑油等变质。

实践表明，当潮濕与盐雾、高温、霉菌、污染等其它环境条件并存时，飞机结构件因腐蚀而失效速度加快。

1.2 盐雾

盐雾是一种电解液，当盐分浓度增大时，溶液电导率增大，金属腐蚀速度加快，当盐分浓度增大到一定值时，溶液中氧的溶解度降低，金属腐蚀速度下降。当外界大气温度为35℃±2℃时，盐含量为3%～6%时，金属腐蚀速度可到达到最大;当盐雾与潮湿、高温、飞机尾气、大气污染等其它条件并存时，飞机金属腐蚀速度会大大加快。

当有盐雾（海雾或海水）侵入飞机时，在水分及硫、酸、钠、氯等离子的作用下，在金属表面形成电解液膜，并与金属发生化学反应，造成金属附件与电器件形式多样的腐蚀[5]（表2），尤其是电解液膜中氯离子（CL-1）直径小、表面活性高、穿透能力强，能破坏各类合金（含不锈钢）的钝化膜保护层，使金属产生孔蚀、损坏、接触不良，导致晶间腐蚀、化学腐蚀、应力腐蚀，使钝化膜失去保护作用，常使钢铁部件产生红锈、铜部件产生绿锈、铝部件产生黑锈，使奥氏体不锈钢产生点应力腐蚀。盐雾还加速了机载设备腐蚀，造成设备绝缘电阻降低、活动部件阻塞、卡死，引起拆卸困难，与潮湿共同作用，可引起非金属涂层起泡、起皱、开裂、脱落、绝缘层失效、导线漏电及其它缺陷[6-7]。

1.3 霉菌

霉菌是一种微生物，飞机上微生物在适宜水分（相对湿度≥80%）、养分（如含钾、钠、硫等无机物和含碳、氮等有机物）、温度（一般为25℃～35℃）和酸碱度等环境下，会迅速繁殖、滋长[8]。

微生物的代谢物（如硫化氢、硫酸、十二烷酸、醋酸、乳酸等）呈弱酸性，会腐蚀飞机金属壁板、管件、电路板的金属细线，形成斑点影响产品外观质量和电路通导性，使飞机涂层、合金元件在缝隙、尖角等部位等产生腐蚀，也能让高强度铝合金发生氢脆，破坏材料结构和机械性能，造成油箱壁板穿孔，造成燃油渗漏，甚至诱发飞机失火;微生物的降解作用，破坏着沥青、聚（氯）乙烯、多硫化合物（腈橡胶）、聚氨酯（醚）等有机物，使飞机油箱密封胶和聚氨酯泡沫等机件失效，使飞机燃油、滑油、液压油乳化或变质，导致油料性能品质下降;微生物代谢和分泌产生的黏稠团簇状沉积物，会堵塞飞机油滤、供油泵、输油管路、限流孔、发动机喷油嘴等元件，致使供油阀、调节器、滑阀等运动副磨损、卡滞或失效，造成发动机供油量减小、性能下降、推力发生脉动，使液压系统、滑油系统失效，甚至导致空中停车、飞行操纵失效等，危及着飞行安全;微生物代谢物和水分也能造成电容式油量指示误差偏高等[8];霉菌本身含有大量水分，能越过绝缘材料生长，使非金属材料及电子器件受潮损坏，形成电气通路，造成电气系统短路。

1.4 高温

当外界环境高温时，运动器件发热，其润滑性和散热性变差，发动机和起动机的起动性能和抗疲劳性变差，发动机排气温度增加，发动机叶片容易发生高温氧化和腐蚀;高温使飞机各部分热胀冷缩不均，有可能造成飞机受力不均、配合不严，导致气液泄漏、钢索张力不符合要求;高温也容易使飞机上润滑油脂融化、蒸发、酸化变质，变质的油料容易与镁铝等金属发生化学反应而腐蚀;高温使飞机金属的电化学反应速度加快;高温也使飞机橡胶件（如轮胎、密封件）、塑料件、涂层等提前老化，影响飞机使用;在适宜温度（一般25℃～35℃）和充足水分条件下，会在结构缝隙、密闭空间、油箱中发生微生物污染，产生次生灾害;外界环境高，某些阻敏元件电阻变大，输出电压过高引起飞机设备和系统报故。

造成飞机产品失效，除了以上恶劣环境因素外，还与飞机在设计、加工装配、维护使用等各个环节存在不足有关，为了提高飞机可靠性，必须从各方面采取措施。

1.5 灰尘

当飞机表面聚集灰尘时，在潮湿、盐雾、霉菌、高温等因素综合作用下，形成毛细管作用[9]，加速了飞机的电化学腐蚀与微生物腐蚀。

2 提高飞机抗湿热、抗盐雾、抗霉菌措施

2.1 合理选材

在设计材料选用上，应采用抗腐蚀、抗霉菌材料、有涂覆保护的材料。

（1）相邻材料要相容，避免发生化学腐蚀，两种金属电位差应小于0.25-0.5v，如：碳纤维复合材料不与铝合金、镀镉、镀铝的紧固件直接接触，镀镉紧固件不允许钛合金零件直接接触，镀镉螺栓在高温环境下不能与高强度钢直接接触;在表面积较大的薄板件和接头、铰链等摩擦部位，建议使用耐候高材料（如经钝化不锈钢、钛合金、复合材料），螺钉、螺栓、螺帽等紧固件在恶劣环境时，要优先采用耐蚀性钛合金和结构钢材质。（2）科学使用抗霉材料（如无机矿物质、合成树脂）代替采用棉、麻、丝、绸、纸、木材等易发霉的材料，正确使用化学防（杀）霉剂（如臭氧、KATHON FP1.5、BIOBOR JF、T701A杀菌剂）杀死密封部位的微生物。（3）对于易产生腐蚀的金属部位，在满足性能要求的同时，应优先选用耐湿热和耐腐蚀材料，并选用不易吸湿（水）的材料做绝缘体。（4）为避免接触金属结构腐蚀，尽量采用电位相同或相近的金属材料，若必须把不允许接触的金属材料装配在一起时，则材料之间要有涂覆保护层或放置绝缘衬垫，并扩大阳极性金属表面积、缩小阴极性金属表面积;对不能使用涂层保护的金属结构（如电接触件）应采用特殊保护方法（如涂密封胶或加防护套）。（5）飞机不同材料贴合面采用密封剂进行湿态装或用惰性绝缘材料隔离，以及采用整体防护措施。

2.2 采取表面防护措施

（1）对于外露于大气易于腐蚀的金属表面，应采取合适的表面处理措施：1）使用如S01-3聚氨基甲酸酯绝缘清漆、丙烯酸聚氨酯磁漆、醇酸氨基磁漆、丙烯酸氨基磁漆（TB06-9底漆、H06-076底漆、S06-0215底漆、TS70-60磁漆、SF96-201磁漆等有机涂层）、有机硅清漆（如DC-12577）、三防漆（如TL-11、TL-19、963、969）等油漆处理;2）使用如丙烯酸类、有机硅类、聚氨酯类、环氧树脂类、聚对二甲苯涂料、氰酸酯树脂、PI树脂等有机防水涂料[10];3）科学使用三防涂剂（如DB SF-6101、DB SF-6102等）;4）使用電接触保护剂（如DJB823、BY-2、TX-1等）;5）使用如憎水材料;6）采用覆膜处理;7）采取金属镀层，通过上述措施可以有效搭建飞机防腐蚀屏障。（2）改善飞机表面工艺防护措施，保证表面防护科学有效。（3）定期检查和修复零件表面涂层，清洗飞机，保证飞机清洁。

2.3 合理设计飞机结构

（1）为避免积存腐蚀介质、雨水、冷凝水，结构件内外几何形状及其安装位置，应便于排水、通风、快速干燥，结构设计上尽量采用斜面，应避免下凹结构，尽可能减少飞机和设备外壳不必要的缝隙、沟槽、台阶、凹窝、尖角、死角、孔洞等易腐蚀和易滋生霉菌结构形式[11-13]。当不能避免飞机结构积水时，应在适当位置（如最低处）开设排水口和排水槽，结构表面形状要简单、圆角过渡、表面光滑、粗糙度符合要求。（2）合理设计飞机舱室、产品口盖的密封性结构[14]，为避免飞机上缝隙腐蚀，对于连接、接缝、接头等处应采用相应密封技术措施（如灌封环氧树脂、有机硅、聚氨酯、蜡、橡胶等密封剂）[14];对于电器产品舱室、口盖、插头尽可能采用密封措施，电气产品外表结构有利于排水，避免积水藏垢;对大容积的舱室，合理设计通风孔。（3）为了减小微生物污染，燃油系统应采取防水设计[16]：1）燃油引射泵和增压泵尽可能设计在油箱底部最低点，引射泵将油箱底部含水燃油抽吸到增压泵吸油口处，供发动机燃烧，以减少水分凝积;2）放沉淀活门等排水装置要设计在油箱底部最低点，油箱底部长桁隔板最下端要设计通水孔，以减小全机死油油量;3）飞机燃油通气增压系统（含速压增压装置）应设计除水装置，防止在雨雪天气或高湿热条件下飞机油箱水分增加过多。（4）两种金属联接时应优化搭接方式、过渡材料和表面处理方法，减小结构间搭接和连接，避免联接后出现电化学腐蚀;如果两种电位差异大的金属必须采用搭接时，要涂覆保护层或放置绝缘衬垫，或应留有适当对接缝间隙，并采取以前搭后、以上搭下的适宜密封搭接方式。（5）密闭舱室必要时采用绝热设计，可有效防止内部结露积水。（6）飞机舱室在必要时采用通风、加热等环境控制技术，环控系统要设计比较完善的除水装置。（7）完善焊接结构和尺寸设计，以减少结构应力集中、应力疲劳和疲劳腐蚀[15]，控制和消除残余应力、集中应力和装配应力。（8）飞机空间设置合理，保证部位可达性良好。（9）搞好飞机配套成品如继电器盒、印制电路板盒的机箱、机柜、插件三防（防湿热、防盐雾、防霉菌）设计工作，尤其是印刷电路应采用合适的三防涂覆技术。

2.4 采用有效的三防维护设备

长期在沿海地区服役的飞机，应配备防雨防晒蒙布、胶套和堵塞，配备通风车和微生物污染检测设备等。

2.5 提高产品加工制造工艺水平

（1）在制造和维护工艺方面，采用诸如金属表面涂覆、喷涂、电镀、喷丸、清洗、润滑等表面工艺防护措施，涂层和涂装工艺可靠、合理有效，在生产过程中应避免酸、碱、盐污染和表面防护层损伤。（2）产品在加工、装配过程中，采取措施，避免损伤、应力集中或应力过大（尤其对于高强度铝合金、高强度结构钢），以免金属结构氧化和应力腐蚀，保证产品零缺陷;选用适宜的热处理方法与表面处理方法，改善材料金相组织，消除应力集中和变形;改善表面形状和表面光洁度，圆滑过渡，避免结构件棱角和沟槽，防止金属晶界腐蚀和应力腐蚀。（3）对易发生三防问题的电子产品，装配上盖前（用酒精、三氯三氟乙烷、专用清洗剂等）清除内部杂质，并保证气密装配。（4）使用诸如真空涂镀、纳米涂料（如二氧化鈦）等先进的离子镀膜、氟碳涂料等新技术和新材料。（5）对于铆接、螺纹连接、搭接等，必要时采用湿装配，消除间隙和金属电位差。

2.6 做好飞机淋雨试验工作

充分做好飞机淋雨试验工作，发现漏雨，及时采取修复措施。

2.7 加强飞机的检查、保养和维护

（1）在湿度很大（相对湿度大于65%）的情况下，要用空调车，对飞机通风除湿：通常用温度45℃-55℃干风，通风30min-45min;当飞行前通电检查需要快速除湿时，用温度60℃干风，通风10min-15min;对潮湿较敏感且有特殊要求的设备要视情通风除湿。实践证明，经过通风除湿后的舱室相对湿度可降低到10%，能使飞机电器设备故障率明显降低，提高飞机对沿海地区环境适应能力，减缓湿空气对金属表面腐蚀。（2）长时间停放状态或处于潮湿环境的飞机，应加强通风、通电、晾晒、除湿除潮、润滑、清洗、除锈防护、发动机试车等保养维护工作，正确使用飞机清洗剂、防锈剂、缓蚀剂保养飞机，使用GT-1、GT-2等发动机流道专用清洗剂清洗发动机[17];小航线或沿海地区、潮湿季节飞行，为防止燃油系统微生物污染，从飞机、加油车、储油罐、母舰油舱的放沉淀活门放出燃油水分和杂质时，应缩短放油间隔、加大燃油放油量[16];确保飞机排水防潮和通风情况良好。（3）在春夏换季时，应更换飞机软油箱与壁板之间的滑石粉。（4）沿海地区，发动机工作时会吸入海雾、油烟及尘埃，油垢沉积于压气机叶片，须定期用专用清洗剂清洗发动机流道，使发动机流道清洁畅通，发动机推力和性能得到恢复。（5）定期测量飞机线路的电阻，以判断电路的绝缘性、通断性，加强对飞机搭铁线搭铁电阻的检查工作，必要时喷涂TL-19和TX-1导电漆。（6）用专用清洗剂（如GLX-40、GLQ-045）清洗飞机蒙皮，严禁用洗衣粉、肥皂等非指定清洁剂清洗飞机蒙皮。（7）缩短飞机（如飞机蒙皮、螺栓、钢索等）的检查、清洗、润滑等保养和修复工作周期[18]。（8）加强飞机和发动机等产品的三防维护检查工作：检查容易进水舱室的电缆、导线线束用硅胶布包扎良好，检查内部应无发霉、变质现象;检查含有各类胶质和有机器件，如各类行程开关等不应碎裂、变形;检查配电盒、继电器、接触器等电器件蜡封不应融化;检查机件表面无腐蚀、无霉菌、无灰尘或其他污染物;检查飞机产品不受潮湿、盐雾、霉菌影响而腐蚀、损伤;检查涂层表面无缩孔、橘皮、管隙、针孔（坑洞）、痱泡、剥落、皲裂、起皱、分层、白雾、失光、污染等现象;查看飞机钢索是否出现润滑脂变质、缺少、过多，钢索是否出现腐蚀凹坑或断丝现象;注意结构尖角、死角、缝隙处是否有霉菌和腐蚀现象[19];检查飞机防雨口盖胶质是否良好、是否渗漏雨水。（9）对容易腐蚀的缝隙在清洗处理后，实施灌胶防护。（10）及时检查轮舱、发动机舱与其它暴露的电缆接线装置，尤其是起落架上、机身底部、尾部电缆的包扎情况，对于容易发霉、腐蚀的插头要采取清洗（用酒精）、包扎（如用热缩管、屏蔽防护套）、灌密封绝缘胶（如用有机硅橡胶GN512、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等）等绝缘处理。（11）普通螺钉、螺帽受配合公差限制，镀锌层较薄，拧紧时镀锌层容易受到破坏，可采用有较好流动性的硅橡胶（如401硅橡胶）或透明清漆点涂在螺纹中部、再上紧，可避免螺纹间缝隙腐蚀。（12）对结构件腐蚀损坏处应及时维修，将腐蚀性物质及锈迹预处理干净，再用钝化、发蓝等化学方法处理，最后喷涂底漆和面漆，对于无法修复的锈蚀结构应及时向设计部门反映;结构件在锉修后应采用涂层保护措施。（13）飞机涂层表面避免损伤、划伤、开裂、磨损、沉积、腐蚀、老化，发现问题及时修理。

3 结语

飞机三防工作是一项复杂的系统工程，只有在飞机设计、加工、制造、维护、保养等方面，合理选材、优化结构设计、加强表面防护、实时通风干燥、勤检查、勤保养，才能保证沿海地区飞机的出勤率和飞行安全。

参考文献

[1] 李星，王晓慧.舰载机三防设计技术研究综述[J].装备环境工程，2006，3（4）：13-14.

[2] 刘振岗，唐有才等.沿海地区飞机腐蚀问题及控制[J].航空科学技术，2005，2：34-36.

[3] 朱绒霞，那静彦.沿海地区镁合金制飞机零部件的腐蚀与防护[J].空军工程学院学报，1999，19（3）：15-17，42.

[4] 胡景豫.奥氏体钢盐雾腐蚀研究[J].化学工程师，2011，184（1）：57-59.

[5] 华静，姜荫棠.浅谈舰载电子设备的三防设计[J].雷达与对抗，2003.3：58-60.

[6] HB5830.12-1986机载设备环境条件及试验方法[S].北京：航空工业部，1986.

[7] JB/T 8138.5-1995电缆附件试验方法第5部分：盐雾试验[S].北京：中华人民共和国机械工业部：1995.

[8] 吴晓金.喷气燃料的微生物危害及对策[J].中国民航飞行学院学报，2001，12（40）：20-22.

[9] 周怡琳，魏霞霞.灰土污染对电路板表面湿度的影响[J].电工技术学报，2015，30（23）：163-167.