孫健宇

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究部,上海 201210)

民用客機(jī)艙內(nèi)地板的防腐蝕設(shè)計(jì)

孫健宇

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究部,上海 201210)

民用飛機(jī)艙內(nèi)地板是飛機(jī)機(jī)體內(nèi)的腐蝕嚴(yán)重區(qū)域,需要進(jìn)行專門(mén)的防腐蝕設(shè)計(jì)。首先需要采用耐腐蝕性能優(yōu)良的材料,并且要易于更換和維護(hù)。其次地板零件自身要實(shí)施合理的表面防護(hù)體系包括陽(yáng)極氧化層和有機(jī)漆層,在此基礎(chǔ)上還要利用液態(tài)密封劑和固體密封帶對(duì)整個(gè)地板裝配件建立完整的密封系統(tǒng)。

艙內(nèi)地板 防腐蝕設(shè)計(jì) 異電位腐蝕

現(xiàn)代民用客機(jī)要在各種環(huán)境條件下進(jìn)行飛行,包括潮濕、海洋、工業(yè)大氣等自然環(huán)境和機(jī)上人為環(huán)境。在這些環(huán)境中,腐蝕是引起飛機(jī)結(jié)構(gòu)損壞的一個(gè)重要原因,輕則會(huì)降低飛機(jī)的出勤率、縮短飛機(jī)使用壽命,重則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件斷裂破壞,造成機(jī)毀人亡的空難事故。對(duì)飛機(jī)的防腐蝕與表面保護(hù)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

民用客機(jī)的客艙與貨艙用來(lái)裝載乘客、貨物、設(shè)備及其它有效載荷?？团撆c貨艙地板是主要支撐結(jié)構(gòu)。飛機(jī)艙內(nèi)環(huán)境有以下特點(diǎn)。

(1)當(dāng)?shù)孛鏈囟雀摺穸却髸r(shí),飛機(jī)艙內(nèi)會(huì)聚集大量水氣。飛機(jī)起飛后,艙內(nèi)溫度降低而形成大量冷凝水長(zhǎng)時(shí)間聚集在客艙地板及其它結(jié)構(gòu)件死角里,構(gòu)成嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境。

(2)客艙內(nèi)廚房和盥洗室內(nèi)的污水經(jīng)常會(huì)濺潑到艙壁和地板上?？团搩?nèi)乘客飲用水、乘務(wù)員的服務(wù)用水也很容易濺漏到地板表面。有時(shí)也會(huì)滲漏到地板結(jié)構(gòu)以下,與內(nèi)部機(jī)械系統(tǒng)揮發(fā)出的油氣相結(jié)合,形成粘性腐蝕物。貨艙內(nèi)空運(yùn)的牲畜、海鮮食品或化學(xué)物品,也會(huì)產(chǎn)生大量的積液與污染物,有較強(qiáng)的腐蝕作用。

飛機(jī)的艙內(nèi)地板是飛機(jī)機(jī)體內(nèi)的嚴(yán)重腐蝕區(qū)域。艙內(nèi)地板結(jié)構(gòu)零部件在其設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)階段需要進(jìn)行合理的腐蝕防護(hù)與控制。而設(shè)計(jì)階段的腐蝕控制是重中之重,對(duì)于從源頭上解決飛機(jī)艙內(nèi)的腐蝕問(wèn)題,意義十分重大。

1 客貨艙地板結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)

飛機(jī)艙內(nèi)地板零件分為：地板面板和地板骨架。地板面板材料一般采用玻璃纖維蜂窩夾芯板。這種材料上下面層是玻璃纖維增強(qiáng)帶環(huán)氧樹(shù)脂面層;中央為芳綸蜂窩夾芯。其具有較輕的重量、較高的比強(qiáng)度和防磨性能。面板的四周需要通過(guò)低密度環(huán)氧密封膠封邊,防止水、粉塵等雜質(zhì)進(jìn)入蜂窩夾芯。目前也可以采用自身防水的聚四氟乙烯密封帶進(jìn)行包邊。

面板安裝在座椅滑軌梁上,并且通過(guò)可拆卸螺栓連接。飛機(jī)服役過(guò)程中,若其中某塊面板遭受腐蝕等破壞,可以隨時(shí)跟換新的全尺寸面板。面板一般以座椅滑軌作為界線進(jìn)行分塊,每塊面板是長(zhǎng)條狀,尺寸大小適合一個(gè)人輕易搬動(dòng)。

地板骨架包括座椅滑軌和地板橫梁。座椅滑軌一般采用超硬鋁合金型材,具有較高的斷裂韌性和優(yōu)良的抗應(yīng)力腐蝕和抗剝落腐蝕性能。座椅滑軌沿縱向進(jìn)行分段,每一段長(zhǎng)度約2000mm,通過(guò)可拆卸的螺栓連接在地板橫梁上,便于在磨損和腐蝕后進(jìn)行維修和更換。

2 艙內(nèi)地板零件的表面防護(hù)

民用飛機(jī)客艙地板最典型的表面防護(hù)體系是采用鉻酸陽(yáng)極化原理：在鉻酸電解液的環(huán)境中,鋁合金基體作為陽(yáng)極被氧化而在表面生成的厚而堅(jiān)硬的氧化膜,從而保護(hù)基體金屬。層厚一般在40-60μm,具有較高的硬度(顯微硬度2450Mpa)、良好的耐磨性、耐熱性和電絕緣性。鉻酸陽(yáng)極化膜層對(duì)材料疲勞性能、零件尺寸及表面粗糙度的影響都很小且與油漆的結(jié)合力很強(qiáng)。此外鉻酸陽(yáng)極化膜層能顯現(xiàn)一般探傷法無(wú)法探測(cè)到的材料缺陷,有利于零件表面的無(wú)損檢測(cè)。

在鉻酸陽(yáng)極化層外,還要涂覆有機(jī)漆層。有機(jī)漆層的主要成分是成膜樹(shù)脂基料、顏料和填料。有機(jī)涂層能使零件表面與外界環(huán)境隔離,阻止腐蝕侵蝕,同時(shí)保護(hù)陽(yáng)極化膜層。另外還有耐熱、標(biāo)志、裝飾和絕緣等作用。地板結(jié)構(gòu)零件典型的有機(jī)漆層是耐流體環(huán)氧底漆和防腐蝕抑制面漆。

3 艙內(nèi)地板組件的密封系統(tǒng)

除了每個(gè)單獨(dú)的零件自身要做好表面防護(hù)體系,對(duì)于地板結(jié)構(gòu)組件,還需要采用合適的密封技術(shù),建立完善的密封系統(tǒng),才能顯著的達(dá)到腐蝕防護(hù)的目地。

艙內(nèi)地板結(jié)構(gòu)廣泛采用鉚接、螺栓連接,產(chǎn)生大量縫隙和潛在的液體滯留區(qū)。密封技術(shù)的主要原理就是利用各種密封劑或密封墊片消除裝配組件中的縫隙,防止腐蝕介質(zhì)滲入,將受保護(hù)零件與腐蝕環(huán)境隔離、阻斷異電位零件接觸。

地板異電位金屬零件之間的裝配連接應(yīng)采用貼合面密封和填角密封,對(duì)于不可拆卸的緊固件應(yīng)采用密封劑濕安裝。玻璃纖維面板之間的縫隙以及面板和滑軌之間的縫隙都需要填涂密封劑,避免產(chǎn)生積水區(qū)。玻璃纖維面板和金屬滑軌梁的水平貼合面上要布置密封帶,避免液體從水平貼合面的縫隙中流入地板下部,同時(shí)也防止玻璃纖維和金屬兩種材料發(fā)生異電位腐蝕。

玻璃纖維面板需要通過(guò)十字槽螺栓與滑軌梁連接。十字槽螺栓不能直接穿過(guò)面板蜂窩芯,而要在面板里安裝鋼制螺栓套。螺栓套是預(yù)先通過(guò)灌封密封膠埋入面板的蜂窩夾芯層中,一般為永久性安裝。由于地板面板需要頻繁拆卸,故面板螺栓不能通過(guò)密封劑濕安裝,否則拆卸很困難。一般的方法是采用聚四氟乙烯密封圈替代液態(tài)密封劑。另外,鋼制彈簧夾螺母(便于單面施工)不能直接夾持在鋁制滑軌上,需要在兩者中間增加聚四氟乙烯密封貼合帶,防止異電位腐蝕。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái),與腐蝕相關(guān)的民航客機(jī)修理成本一直占據(jù)航空公司維護(hù)成本的絕大部分,高額的維護(hù)費(fèi)用要求飛機(jī)在設(shè)計(jì)、制造和使用過(guò)程中采用腐蝕預(yù)防和控制的新技術(shù)。客、貨艙地板是飛機(jī)機(jī)體內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重的零部件,其腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)方法具有典型性和普遍性,對(duì)飛機(jī)及其它工業(yè)產(chǎn)品零部件的防腐蝕設(shè)計(jì)也具有很好的借鑒和指導(dǎo)意義。本文所述飛機(jī)艙內(nèi)地板零部件的防腐蝕設(shè)計(jì)方法主要包括：一、合理選材;二、零部件結(jié)構(gòu)形式的合理設(shè)計(jì);三、零部件的表面防護(hù)涂層;四、裝配件的密封保護(hù)系統(tǒng)。

[1]《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第10冊(cè)[M].北京：航空工業(yè)出版社,2000.

[2](美)牛春勻.實(shí)用飛機(jī)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)[M].北京：航空工業(yè)出版社,2008.

[3]運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn).中國(guó)民用航空規(guī)章,第25部,CCAR-25-R3.中國(guó)民航總局,2001.5.

[4]朱日彰,等.《金屬腐蝕學(xué)》.冶金工業(yè)出版社,1989.5.

[5]涂湘緗.《實(shí)用防腐蝕工程施工手冊(cè)》.化學(xué)工業(yè)出版社,2000.4.