某型飛機結(jié)構(gòu)防水和排水工藝研究

汪俊杰 谷建一 賴家彬 張登引

（凌云科技集團有限責任公司 湖北武漢 430000）

由于飛機的防水和排水設(shè)計不合理而導(dǎo)致飛機腐蝕損傷，已屢見不鮮。關(guān)于飛機結(jié)構(gòu)防水和排水不合理造成的飛行事故也有許多報道。1971年，某型飛機因廁所溢出污水，促使后增壓框接頭產(chǎn)生腐蝕，導(dǎo)致該機墜毀［1］。1991年，某型飛機因雨水從檢查孔和導(dǎo)線進出口進入殼體內(nèi)部造成短路，使電磁閥通電而自動放下，導(dǎo)致右襟翼出現(xiàn)空中3 次自動放下的嚴重事故［2］。1999年7月，某型飛機因發(fā)動機限制溫控盒進水，導(dǎo)致飛機失控發(fā)生重大飛行事故［3］。2002年3月，某型飛機因右側(cè)起落架輪艙終點電門進水發(fā)生短路，導(dǎo)致空中應(yīng)急放起落架［4］。2020年9月，某型飛機在交付用戶飛行過程中，因機背中央翼后整流蒙皮左側(cè)艙內(nèi)進水，導(dǎo)致五號發(fā)動機滅火傳感器接通，發(fā)動機滅火系統(tǒng)空中釋放，飛機緊急返場。

飛機進水危害極大，主要表現(xiàn)在兩方面：（1）容易引起各類機載設(shè)備故障，嚴重地影響正常使用，甚至還能導(dǎo)致嚴重飛行事故；（2）容易引起結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕，會使修理難度和維修費用大幅度增加，導(dǎo)致使用壽命縮短，增加安全隱患。因此，防水及排水是飛機腐蝕防護的重要環(huán)節(jié)。開展飛機結(jié)構(gòu)防水和排水的工藝方法研究，采取有效措施，防止或顯著減少雨水從縫隙進入飛機內(nèi)部，并且保證機體內(nèi)積水及時排出，對于降低機載設(shè)備故障發(fā)生率、減輕飛機結(jié)構(gòu)腐蝕、降低飛機的維修費用、提高飛機使用安全性和壽命具有重要意義。

1 某型飛機結(jié)構(gòu)積水的原因分析

通過對某型飛機的定期檢查及用戶使用過程中反饋的問題，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)飛機左、右兩側(cè)中央翼、客艙地板下方7～31 框、電氣艙、設(shè)備艙、活動窗和尾艙底部經(jīng)常有滲水和積水現(xiàn)象。分析表明，引起上述6 個部位進水和積水的主要原因是結(jié)構(gòu)密封防水和排水措施存在缺陷，上述6 個部位都位于飛機上部或“澡盆”部位，由于密封防水措施和排水措施不合理，雨水比較容易進入機體內(nèi)部，且排水通道堵塞或排水方式存在缺陷，從而產(chǎn)生積水現(xiàn)象。

1.1 飛機左右兩側(cè)中央翼積水的原因分析

飛機左右兩側(cè)中央翼油量表傳感器口蓋的密封方式是在口蓋上安裝海綿膠板（材料HM102-δ2mm），由于海綿膠板易老化變硬，且口蓋長期使用會發(fā)生輕微變形，從而使口蓋與口框之間產(chǎn)生間隙滲水［5］。中央翼下壁板和前后梁在潮濕的環(huán)境中易發(fā)生腐蝕，如圖1所示。

圖1 中央翼下壁板的腐蝕

1.2 飛機客艙地板下方7～31框積水的原因分析

飛機客艙地板下方7～31 框積水主要是左、右應(yīng)急艙門滲入的雨水不能及時排出，雨水聚集在窗框積水槽后，通過排水管流入客艙地板下方13～14框。飛機飛行過程中，雨水利用飛機產(chǎn)生的俯仰運動，在飛機前后高度差的作用下，通過客艙地板下方漏水孔排出機體。若飛機長時間停放且客艙地板下方壁板最低處基本在同一水平面，客艙地板下方13～14框的積水將很難排出機體。

1.3 電氣艙和設(shè)備艙積水的原因分析

電氣艙和設(shè)備艙滲水主要是通過口框縫隙進入艙內(nèi)。電氣艙口蓋和設(shè)備艙口蓋密封帶在裝機使用時，若艙門密封帶受到的擠壓力較小或密封帶發(fā)生老化變形，密封帶與口框之間會產(chǎn)生間隙，雨水從口框縫隙流入機體內(nèi)部，導(dǎo)致艙內(nèi)積水。電氣艙口蓋和設(shè)備艙口蓋為雙層鋁板鉚接結(jié)構(gòu)，雨水可能從鋁板縫隙處滲入機體內(nèi)部，導(dǎo)致艙內(nèi)積水。

1.4 活動窗漏水的原因分析

活動窗漏水主要是通過活動窗上的密封墊與窗框密封型材之間的間隙進入艙內(nèi)?；顒哟巴獗砻孢吘壯b有密封圈，并與機體上凹槽形的橡膠型材相匹配，當活動窗上的密封墊與窗框密封型材完全匹配并有一定的壓縮量時，關(guān)窗后，形成密封結(jié)構(gòu)，兩者之間不存在間隙，活動窗就不漏水，反之就漏水。

1.5 尾艙底部積水的原因分析

尾艙底部積水主要是雨水通過平尾安裝接頭與機體的縫隙進入艙內(nèi)。平尾安裝接頭與機體是通過縫內(nèi)密封來實現(xiàn)防水要求的，飛機長時間使用后，局部密封膠老化產(chǎn)生縫隙，雨水通過縫隙滲入尾艙，從而產(chǎn)生積水。

2 某型飛機結(jié)構(gòu)防水和排水工藝方法改進

飛機進水可能誘發(fā)機載設(shè)備發(fā)生故障，從而給飛行帶來安全隱患。如果能有效地防止外界水進入機體，并且保證機體內(nèi)積水能及時排出，不僅能夠降低機載設(shè)備故障發(fā)生率，還可以減緩機體腐蝕發(fā)生，保證飛機在壽命周期內(nèi)安全飛行。

2.1 飛機左右兩側(cè)中央翼積水的工藝改進

中央翼內(nèi)部積水會導(dǎo)致內(nèi)部空氣濕度顯著增加，特別是溫度為25～30℃、相對濕度為75%～95%時，是霉菌生長的良好條件，中央翼內(nèi)部構(gòu)件在水和霉菌的雙重作用下產(chǎn)生腐蝕［6］。在較高溫度條件下，口蓋上的海綿膠板（材料HM102-δ2mm）在空氣中易發(fā)生老化變硬現(xiàn)象。針對該現(xiàn)象，做出如下改進措施。

將口蓋上安裝的海綿膠板（材料HM102-δ2mm）更換為口框機上硫化密封，即將“濕”狀態(tài)下的XM-33密封膠涂抹在口框上，在口蓋邊緣涂抹潤滑脂，將口蓋壓在口框上進行機上原位硫化，待XM-33密封膠硫化完全后，將多余的XM-33密封膠修平并將表面清洗干凈。該工藝可以有效消除口蓋與口框之間的間隙，較之前密封形式的密封性能有很大提升，口框硫化后如圖2所示。同時，在中央翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)件（下壁板、前后梁、肋等）表面噴涂緩蝕劑AV15，該緩蝕劑能夠在中央翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)件表面形成一層硬膜，不僅能有效置換出中央翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)件縫隙處的水分，也可以阻止腐蝕性物質(zhì)與中央翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)件發(fā)生腐蝕，能夠有效提高結(jié)構(gòu)件的抗蝕性。

圖2 口框硫化效果圖

2.2 飛機客艙地板下方7～31框積水的工藝改進

飛機客艙地板下方7～31 框積水后，會增加地板下方空氣濕度，影響地板艙內(nèi)電子設(shè)備的使用性能，如ACAS 收發(fā)主機、YDK-2 型S 模式應(yīng)答機主機、無線電高度表收發(fā)機等，也會對機體結(jié)構(gòu)造成一定的影響。飛機運動過程中，通過自身的俯仰角度將排水孔附近的積水排出機體。飛機在停放時，飛機客艙地板下方7～31 框的積水不易排出機體。針對該現(xiàn)象，做出如下改進措施。

對登機門、前行李艙門和后行李艙門門框下方裝飾板縫隙處進行縫隙密封，通過刷涂XM-33密封膠進行填縫密封，來防止雨水從縫隙處滲入機體內(nèi)部；對機體內(nèi)部各排水通道進行疏通，確保雨后打開艙門滲入機體內(nèi)部的水可以直接排出。為排除客艙地板下方7～31 框的積水現(xiàn)象，使聚集在窗框積水槽的雨水直接排出，設(shè)計并加工排水轉(zhuǎn)接支座。采用鉚接連接方式，將排水轉(zhuǎn)接支座固定在客艙地板下方13～14框，將左、右應(yīng)急艙門排水管與排水轉(zhuǎn)接支座通過橡膠管連接，確保在有雨水滲入左、右應(yīng)急艙門時雨水也可以直接排出機體。該排水方式可以保證飛機在飛行過程中與停放期間滲入左、右應(yīng)急艙門的雨水可以正常排出。排水轉(zhuǎn)接支座設(shè)計圖如圖3所示，原設(shè)計排水示意圖如圖4所示，排水轉(zhuǎn)接支座安裝圖如圖5所示。

圖3 排水轉(zhuǎn)接支座示意圖

圖4 原設(shè)計排水示意圖

圖5 排水轉(zhuǎn)接支座安裝示意圖

2.3 電氣艙和設(shè)備艙積水的工藝改進

電氣艙和設(shè)備艙積水后，不僅會影響艙內(nèi)的電氣設(shè)備性能，還會導(dǎo)致機體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕。在較高溫度條件下，電氣艙和設(shè)備艙口框上的材料HM102-δ2mm在空氣中易發(fā)生老化變硬現(xiàn)象，擠壓老化后的海綿膠板不能達到防水的作用，且電氣艙口蓋和設(shè)備艙口蓋的雙層鋁板鉚接結(jié)構(gòu)間易滲水。針對該現(xiàn)象，做出如下改進措施。

將口框膠墊更改為涂刷XM-33密封膠，使電氣艙口蓋和設(shè)備艙口蓋的XM-33 密封膠直接與口框U 型材的內(nèi)側(cè)邊發(fā)生擠壓，確保雨水不能從口框縫隙進入艙內(nèi)；電氣艙口蓋和設(shè)備艙口蓋為雙層鋁板鉚接結(jié)構(gòu)，在鋁板縫隙處涂刷XM-33密封膠，防止雨水從鋁板縫隙處滲入艙內(nèi)。

2.4 活動窗漏水的工藝改進

活動窗漏水后，可能會對駕駛艙的儀表設(shè)備性能造成影響，從而給飛行安全造成隱患?；顒哟鞍惭b及調(diào)試階段，若關(guān)閉活動窗之后密封墊與窗框上密封型材有間隙，使用過程中可能發(fā)生活動窗滲水現(xiàn)象。針對該現(xiàn)象，作出如下改進措施。

在活動窗窗框上涂XM-33密封膠適當增加厚度，使活動窗上密封墊與窗框上密封型材貼合更緊密；調(diào)節(jié)活動窗滾輪的高度，或在把手固定壓塊的螺釘上加減墊片，使活動窗上密封墊與窗框密封型材處在同一個平面上。通過測隙法，識別出活動窗上密封墊與窗框上密封型材的間隙，在活動窗安裝階段，采用活動窗測隙板，識別活動窗關(guān)閉狀態(tài)下與窗框上密封型材的間隙，對能較容易抽拉測隙條的位置予以標記，并在對應(yīng)窗框密封型材處補填XM-33密封膠消除間隙，使活動窗上密封墊與窗框上密封型材貼合緊密，再次測試，直至確認所有間隙消除。活動窗測隙板及安裝圖如圖6和圖7所示。

圖6 活動窗測隙板

圖7 測隙板安裝圖

2.5 尾艙底部積水的工藝改進

尾艙內(nèi)的升降舵舵機、方向舵舵機底座為鎂合金材料，在潮濕的環(huán)境中，舵機易發(fā)生故障，且舵機底座遇水極易產(chǎn)生腐蝕。平尾安裝接頭與機體是通過縫內(nèi)密封來實現(xiàn)防水要求的，該區(qū)域的縫隙較小，在飛機制造過程中，采用縫內(nèi)密封法來實現(xiàn)防水密封要求。在飛機大修階段，飛機制造過程中縫內(nèi)密封的XM-33密封膠部分已出現(xiàn)老化現(xiàn)象，但不宜對該區(qū)域進行縫內(nèi)重新硫化。針對該現(xiàn)象，應(yīng)堅持如下改進措施。

采用縫外密封方法，即在平尾安裝接頭與機體連接的外部縫隙處涂XM-33密封膠，直接阻止水進入縫隙，即使飛機制造過程中該區(qū)域使用的XM-33密封膠已發(fā)生老化現(xiàn)象，也可以達到防水的要求。

3 密封防水及排水改進方案的試驗驗證

對實施防水與排水改進工藝后的飛機做淋雨試驗。試驗前，將機上所有艙門和口蓋鎖閉完好，采用消防水龍頭分別從飛機左右朝天噴水，高度為15～20m，給全機均勻噴水，每個部位淋水不得少于5min［7］。淋水完成后，用抹布將外表面的水跡擦除干凈，并用低壓壓縮空氣將艙門和口蓋四周縫隙中水跡吹除干凈。打開口蓋，仔細檢查上述6 個部位結(jié)構(gòu)內(nèi)部有無水跡。試驗結(jié)果表明，上述6 個部位經(jīng)過防水與排水改進后均無明顯水跡，實施效果良好。

4 結(jié)語

本文針對某型飛機客艙地板下方7～31 框、中央翼、電氣艙、設(shè)備艙、駕駛艙和尾艙防水性能及排水性能不足的問題進行了研究，提出了優(yōu)化改進設(shè)計方案，并進行了實際運用。通過試驗驗證，改進的設(shè)計方案實施效果良好，較好地解決了上述易漏水、易積水部位的問題。該項改進工藝可推廣到其他同類機型，為解決其他現(xiàn)役飛機類似的密封防水和腐蝕問題提供有效的技術(shù)途徑。