邵逸銳 徐天杰
(北京飛機維修工程有限公司重慶分公司,重慶404100)
復(fù)合材料:由基體材料和增強材料為主要組成的材料,其綜合性能優(yōu)于原始組成的材料。對于現(xiàn)階段國內(nèi)服役的主要機型,如A320 系列和B737 系列飛機,復(fù)合材料主要用于承受和傳遞局部氣動載荷的次要結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷類型較多,按照損傷現(xiàn)象來分類:分層、脫膠、凹坑、穿孔、風(fēng)蝕損傷等,其中,最常見且不能避免的是復(fù)合材料迎風(fēng)面風(fēng)蝕損傷。飛機表面復(fù)合材料的風(fēng)蝕:飛機迎風(fēng)面構(gòu)件在飛行過程中受到氣流中的砂塵,雨水等其他粒子的沖擊,磨蝕所產(chǎn)生的損傷。
復(fù)合材料風(fēng)蝕如果任其發(fā)展,一般會經(jīng)歷三個階段:首先,保護層損傷(如漆層,合成橡膠或金屬涂層),使復(fù)合材料本體直接暴露在外,開始受到氣流中介質(zhì)的沖擊,磨蝕。第二階段,暴露在外的復(fù)合材料本體直接受到侵蝕。復(fù)合材料的硬度較低,持續(xù)侵蝕造成材料的缺失、剝落,形成小的缺口,凹坑。第三階段,損傷持續(xù)擴大,出現(xiàn)嚴(yán)重風(fēng)蝕的損傷,其表象特征有穿孔,鋪層剝離、分層等。嚴(yán)重風(fēng)蝕損傷,減少了材料的厚度,表面厚度不均,材料強度會受到很大影響。因此在日常維護中要避免風(fēng)蝕損傷發(fā)生到第三階段,減少第二階段復(fù)合材料本體的暴露時間。
A320 系列飛機的沖壓空氣進氣口前緣經(jīng)常會出現(xiàn)風(fēng)蝕的損傷。如圖1 所示,機身外部的冷空氣由沖壓空氣進口進入空調(diào)系統(tǒng),通過熱交換器的流動以降低來自引氣系統(tǒng)的熱空氣的溫度。沖壓空氣進氣口前緣是固定的,由復(fù)合材料制成,內(nèi)部是硬質(zhì)泡沫芯,外部由數(shù)層預(yù)浸料鋪層包裹。根據(jù)近些年的維修記錄,大部分進廠做C 檢的A320 系列飛機該位置都會出現(xiàn)風(fēng)蝕損傷,嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)穿孔的損傷。
圖1a A320 系列飛機的沖壓空氣進氣口示意圖
圖1b A320 系列飛機的沖壓空氣進氣口風(fēng)蝕一階段損傷
圖1c A320 系列飛機的沖壓空氣進氣口風(fēng)蝕二階段損傷
結(jié)構(gòu)修理手冊中提供了兩種關(guān)于該處風(fēng)蝕損傷的修理方法:玻璃纖維修理和鋁補片修理[1]。歸納如下:方案一:玻璃纖維修理方案(SRM53-35-12-300-002),參照圖2。a.打磨去除損傷區(qū)域表面保護層并清潔修理區(qū)域。b.用粘接劑(08-017A)填充損傷區(qū)域,在室溫下固化。c.打磨修理區(qū)域得到原始的表面輪廓并清潔。d.用玻璃纖維布(05-007)和層壓樹脂(08-070)制作鋪層。e.在修理區(qū)域鋪放修理鋪層。f.真空條件下固化樹脂。g.恢復(fù)表面保護層。
圖2 沖壓進氣口玻璃纖維修理方案
方案二:鋁補片修理方案(SRM53-35-12-300-001),參照圖3。a.打磨并清潔修理區(qū)域;b.按照要求尺寸裁剪和準(zhǔn)備修理補片。c.修理補片涂裝前處理的預(yù)處理(鉻酸陽極氧化(CAA)或化學(xué)轉(zhuǎn)化膜(CCC))。d.在修理補片上涂刷結(jié)構(gòu)漆(防腐蝕底漆和聚氨酯面漆)。e.用粘接劑(08-017A)填充損傷區(qū)域。f.在補片和修理區(qū)域的接觸面都涂上一層粘接劑,確保填滿補片和修理區(qū)域之間的間隙。g.安裝補片。用手壓實,擠出多余的膠糊并去除。用膠帶固定,保持在正確的位置。h.室溫下固化膠糊。 i.用清潔劑清潔修理區(qū)域。
圖3 沖壓進氣口鋁補片修理方案
從兩個修理方案歸納可以看出,修理方法類似,都需要粘接劑(08-017A)填充損傷區(qū)域,一個是用玻璃纖維和層壓樹脂制作修理補片,另一個方案是用0.4mm 的CLAD 2024-T3 制作修理補片。但是從修理后的使用情況來看,修理方案二運行耐久性更好。用方案一進行修理以后,在臨近的C 檢維修中,大部分都會再次發(fā)現(xiàn)風(fēng)蝕損傷,還需要重新修理。安裝過鋁合金補片的飛機,只需要恢復(fù)漆層而已。對于沖壓進氣口沒有安裝過鋁補片的飛機,由于復(fù)合材料迎風(fēng)面的風(fēng)蝕損傷不能完全避免,在平時航線航后維護中沒有及時發(fā)現(xiàn)并處理該類損傷,把風(fēng)蝕損傷嚴(yán)格控制在第一階段,甚至到了風(fēng)蝕的第二階段還在任其發(fā)展。所以造成了損傷修理方案1 的使用情況不理想。
風(fēng)蝕損傷都是發(fā)生在構(gòu)件迎風(fēng)區(qū)域的表面,該損傷一般采用目視檢查就可以發(fā)現(xiàn)。對于風(fēng)蝕損傷第一階段的修理,往往只需要打磨去除損傷的漆層,重新刷漆或者安裝保護層。及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)蝕損傷,及時修理,則維護起來相對簡易,且修理維護成本小,所以,應(yīng)該把部件的風(fēng)蝕損傷控制在損傷的第一階段。反之,如果發(fā)展成為嚴(yán)重風(fēng)蝕造成分層或者穿孔,則維修過程復(fù)雜,且維修成本大。平時航后例行工作檢查時,目視檢查一定要檢查到位,如有風(fēng)蝕損傷,盡可能對其處理,將風(fēng)蝕損傷控制在可接受的水平內(nèi),避免輕微風(fēng)蝕發(fā)展到嚴(yán)重風(fēng)蝕。在做C 檢或者專門針對沖壓空氣進氣口前緣維修時,對于沒有采用修理方案二修理的飛機,對該位置的損傷盡量采用方案二進行修理。減少后續(xù)的重復(fù)維修,降低維修成本,減少飛機的維修停場時間,提高飛機的使用效率。