代學(xué)桂 李進(jìn)秀

摘要：某型飛機(jī)平尾前緣采用電熱式防（除）冰系統(tǒng)，有效解決了結(jié)冰問(wèn)題。但飛機(jī)停放及飛行環(huán)境影響易使平尾前緣電阻元件的絕緣電阻值超標(biāo)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，對(duì)平尾前緣電阻元件開(kāi)展研究，通過(guò)測(cè)試、分析、試驗(yàn)，確定了更換絕緣材料、加溫元件材料并改進(jìn)了制造工藝，對(duì)電阻元件進(jìn)行再制造，有效解決了這個(gè)問(wèn)題，并在某型飛機(jī)上進(jìn)行了使用驗(yàn)證，可為同類飛機(jī)尾翼前緣防（除）冰設(shè)計(jì)、改進(jìn)提供參考。

關(guān)鍵詞：飛機(jī);平尾前緣;電阻元件;改進(jìn)

0引言

某型運(yùn)輸機(jī)為仿制原蘇聯(lián)機(jī)型，是國(guó)內(nèi)成熟機(jī)種。其平尾前緣采用電熱式防（除）冰系統(tǒng)，單機(jī)，左右對(duì)稱配置兩件，安裝在水平安定面前部。根據(jù)該型飛機(jī)多年使用情況統(tǒng)計(jì)，平尾前緣換件率為82%。報(bào)廢的主要原因是橫向熱刀與殼體的絕緣電阻值降低，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，約占97.3%。絕緣電阻值降低將引起平尾前緣供電電路短路或前緣加溫效率降低，導(dǎo)致前緣防（除）冰功能失效或減弱，如遇空中結(jié)冰，會(huì)使飛機(jī)操控性能惡化，危及飛行安全。如果能有效解決該機(jī)型平尾前緣絕緣電阻值易降低問(wèn)題，不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低維護(hù)成本，還可縮短飛機(jī)維修周期。

1平尾前緣電加熱原理概述

1.1構(gòu)造和制造工藝

1）構(gòu)造

該型飛機(jī)平尾前緣由水平安定面前梁對(duì)接型材、支撐肋板、蒙皮等結(jié)構(gòu)件和電阻元件鉚接組成，電阻元件由內(nèi)外蒙皮、四層絕緣層夾有電加溫元件經(jīng)膠接而成，為功能件。電加溫元件按其工作時(shí)間分為恒加溫元件（熱刀）與循環(huán)加溫元件，熱刀分為縱向熱刀和橫向熱刀。平尾前緣蒙皮不分區(qū)段，但夾層內(nèi)部循環(huán)加溫元件按電路連接成外段、中段、內(nèi)段，如圖1所示。電加溫元件經(jīng)接線管嘴與平尾防冰配電盒的電源線接通，中段加溫元件的負(fù)線用接線螺釘接出，通過(guò)搭鐵線與機(jī)體相連，其余各段加溫元件的負(fù)線直接與電阻元件的鋁合金蒙皮鉚接搭鐵。電阻元件剖視圖見(jiàn)圖2，組裝完成后見(jiàn)圖3。

2）制造工藝

平尾前緣的電阻元件由內(nèi)外蒙皮、四層絕緣層夾有電加溫元件利用烘箱真空袋成型工藝經(jīng)膠接而成，電阻元件通過(guò)鉚接水平安定面前梁對(duì)接型材、支撐肋板、蒙皮等結(jié)構(gòu)件組合成平尾前緣。

1.2原理及功能介紹

當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入結(jié)冰區(qū)時(shí)，人工打開(kāi)防（除）冰系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，縱橫向熱刀開(kāi)始通電加溫。此時(shí)循環(huán)加溫元件在定時(shí)機(jī)構(gòu)的控制下開(kāi)始周期性工作，每間隔38.5s給內(nèi)段、中段、外段循環(huán)加溫元件供電加溫。當(dāng)溫度超過(guò)50°C時(shí)，溫度繼電器自動(dòng)斷開(kāi)加溫電路，當(dāng)溫度低于40°C時(shí)，溫度繼電器自動(dòng)接通加溫電路。重復(fù)循環(huán)，達(dá)到防冰、除冰的目的。

2平尾前緣電阻元件研究及驗(yàn)證

2.1故障形式及原因分析

根據(jù)使用情況統(tǒng)計(jì)，該型飛機(jī)平尾前緣換件率為82%，報(bào)廢的主要原因是橫向熱刀與殼體的絕緣阻值降低，約占97.3%，中段循環(huán)加溫元件電阻值超差，約占2.7%。分析認(rèn)為產(chǎn)生故障的主要原因有以下幾點(diǎn)。

1）該型飛機(jī)平尾前緣是仿制前蘇聯(lián)20世紀(jì)50年代的產(chǎn)品，由于受到當(dāng)時(shí)的材料和工藝條件制約，缺陷較多，如膠粘劑易吸潮、層壓結(jié)構(gòu)疏松等。

2）采取烘箱真空袋成型，溫度均勻性差，升降溫速率不易控制，并且成型壓力低，電阻元件成型后絕緣材料結(jié)構(gòu)疏松，濕熱空氣易侵入機(jī)件，長(zhǎng)期累積造成絕緣電阻值降低。

3）飛機(jī)飛行環(huán)境惡劣，長(zhǎng)時(shí)間的高溫、高濕及紫外線作用導(dǎo)致電阻元件周邊密封材料老化，電氣元件及絕緣材料受潮，從而導(dǎo)致絕緣電阻值降低。

4）接線管嘴與支座連接處沒(méi)有進(jìn)行密封，分解發(fā)現(xiàn)此區(qū)域有腐蝕現(xiàn)象，也是造成絕緣電阻值降低的原因之一。

5）循環(huán)加溫元件的材料為錳白銅絲，排列間距約為0.5mm，該元件在制造過(guò)程中電阻絲易搭接，通電時(shí)搭接部位電阻值減小、電流增大，易燒斷，導(dǎo)致電阻絲并聯(lián)排列的電加溫元件電阻值增大。

2.2平尾前緣再制造的工作內(nèi)容

該型飛機(jī)平尾前緣由水平安定面前梁對(duì)接型材、支撐肋板等結(jié)構(gòu)件和電阻元件等功能件組成，再制造的主要工作內(nèi)容就是對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行離位檢修，原位裝配。在保持原有標(biāo)準(zhǔn)不變的前提下，利用先進(jìn)的、成熟的材料、工藝、設(shè)備對(duì)電阻元件進(jìn)行改進(jìn)、制造及試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.3電阻元件改進(jìn)研究

1）絕緣材料改進(jìn)

絕緣材料由熱強(qiáng)布290改為預(yù)浸料BMS8-79，1581和BMS8-79，120。上述材料均為無(wú)堿玻璃布，材料性質(zhì)沒(méi)有改變，但材料經(jīng)緯方向的密度（根/cm）提高1倍左右，有利于提高產(chǎn)品的密封性能。材料的物理性能比較見(jiàn)表1。

2）膠粘劑改進(jìn)

用于膠接內(nèi)外蒙皮、絕緣層及電加溫元件的膠粘劑由X98-14縮醛膠液改為BMS5-101，5級(jí)膠膜。此膠膜具有良好的絕緣性、阻燃性和尺寸穩(wěn)定性，厚度均勻，克服了涂刷膠液厚度不均、用膠量不易控制的缺點(diǎn)。

3）成型工藝改進(jìn)

平尾前緣電阻元件成型工藝由烘箱真空袋成型改為熱壓罐成型，有效解決了烘箱真空袋成型加壓壓力小、加壓點(diǎn)不可控、溫度均勻性差、升降溫速率不易控制等缺點(diǎn)。可按工藝需求加大固化壓力，控制升降溫速率，提高膠接強(qiáng)度，使層壓結(jié)構(gòu)更加緊密，潮濕空氣及有害氣體不易進(jìn)入機(jī)體，提高了產(chǎn)品的密封性能。

4）增加密封措施

為增加密封性，在管嘴與支座配合處鋪貼了一層預(yù)浸料BMS8-79，1581進(jìn)行密封。

5）循環(huán)加溫元件電阻材料改進(jìn)

循環(huán)加溫元件電阻值超差，主要是由于電阻絲搭接，通電工作時(shí)電流增大，電阻絲燒斷所致。因此，借鑒該型飛機(jī)平尾前緣循環(huán)加溫元件所用材料，用不銹鋼網(wǎng)條代替錳白銅絲作為循環(huán)加溫元件電阻材料，有效解決了銅絲在排列和膠接過(guò)程中發(fā)生的易搭接問(wèn)題。

6）循環(huán)加溫元件匯流條材料改進(jìn)

循環(huán)加溫元件匯流條材料由鉛黃銅HPb59-1改為紫銅T2。紫銅T2的電阻率為0.017uΩ·m，低于鉛黃銅HPb59-1的電阻率0.065uΩ.m，在匯流條長(zhǎng)度和面積不變的情況下，電阻值降低能夠提高導(dǎo)電性能和焊接性能。

7）循環(huán)加溫元件焊接工藝改進(jìn)

循環(huán)加溫元件電阻材料和匯流條材料改變后，大面積手工錫焊已不能保證不銹鋼網(wǎng)條與紫銅匯流條的焊接質(zhì)量，因此將焊接方式由錫焊改為銀釬焊，改進(jìn)前后的焊接剖面示意圖如圖4所示。改進(jìn)后具有的優(yōu)點(diǎn)：焊接接頭由點(diǎn)接觸改為面接觸，增加了焊接強(qiáng)度，并且克服了錫焊耐低溫性能差的弱點(diǎn)。

2.4試驗(yàn)驗(yàn)證

1）加溫元件的電阻值測(cè)量

在常溫常壓下，將1：1試驗(yàn)樣件放在專用臺(tái)架上，用數(shù)字直流微電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量各組加溫元件電阻值，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

2）冷狀態(tài)下的絕緣電阻值測(cè)量

將試驗(yàn)樣件放在專用臺(tái)架上，用2.5級(jí)直流500V兆歐表測(cè)量樣件橫向熱刀與殼體之間、橫向熱刀與各段循環(huán)加溫元件之間的絕緣電阻值，實(shí)測(cè)值為500MΩ，滿足不小于50MΩ的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3）熱狀態(tài)下的絕緣電阻值測(cè)量

將試驗(yàn)樣件放入烘箱中，加溫至60℃，保溫1h，用2.5級(jí)直流500V兆歐表測(cè)量橫向熱刀與內(nèi)外蒙皮（即殼體）之間、橫向熱刀與各段循環(huán)加溫元件之間的絕緣電阻值，實(shí)測(cè)值為200MQ，滿足不小于1MΩ的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4）抗電強(qiáng)度試驗(yàn)

用功率不小于0.5kVA、頻率為50Hz的耐電壓測(cè)試儀對(duì)電阻元件的4組橫向熱刀、1組中段循環(huán)加溫元件進(jìn)行抗電強(qiáng)度試驗(yàn)，將電壓由最小值均勻升到750V，保持1min，然后逐漸將電壓降低到最小值，斷開(kāi)電路。試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)擊穿、跳火或電暈現(xiàn)象，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5）電流強(qiáng)度試驗(yàn)

在常溫常壓下，將試驗(yàn)樣件放在托架上，接上直流電源，將供電電壓調(diào)整為12V，通電時(shí)間設(shè)定為lmin，手感循環(huán)加溫元件工作區(qū)域應(yīng)發(fā)熱，記錄此時(shí)的供電電流。按公式（1）計(jì)算得到的工作電流見(jiàn)表3。

I（工作）=26I（實(shí)測(cè)）/12（1）

6）恒定濕熱試驗(yàn)

將試驗(yàn)樣件放入烘箱中，濕度調(diào)至98%，加溫至42°C，保持24h，取出樣件在5min內(nèi)用2.5級(jí)直流500V兆歐表分別測(cè)量橫向熱刀與殼體之間、橫向熱刀與各段循環(huán)加溫元件之間的絕緣電阻值，均為500MΩ，滿足不小于50MΩ的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

7）循環(huán)加溫元件燒斷試驗(yàn)

在常溫常壓下，用數(shù)字直流微電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量試驗(yàn)樣件內(nèi)段循環(huán)加溫元件的電阻值，并做好記錄。將50DK/J數(shù)字測(cè)溫表熱電偶端用高溫膠帶粘貼在試驗(yàn)樣件內(nèi)段循環(huán)加溫元件部位相對(duì)應(yīng)的外蒙皮區(qū)域，待溫度值顯示平穩(wěn)后，記錄環(huán)境溫度。

接通直流電源開(kāi)關(guān)，連續(xù)給內(nèi)段循環(huán)加溫元件通28.5V直流電，直到試驗(yàn)樣件內(nèi)蒙皮鼓包，隨時(shí)觀察內(nèi)蒙皮鼓包的變化情況，記錄通電時(shí)間和溫度變化值。聞到試驗(yàn)樣件有燒糊氣味后停止供電，將樣件冷卻至常溫，并用數(shù)字直流微電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量試驗(yàn)樣件其電阻值并做好記錄。

對(duì)內(nèi)段循環(huán)加溫元件做x光檢測(cè)，檢查不銹鋼網(wǎng)條有無(wú)斷絲現(xiàn)象。

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

2.5試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)樣件在常溫常壓下各組加溫元件的電阻值、在冷熱狀態(tài)下橫向熱刀與殼體以及橫向熱刀與各段循環(huán)加溫元件之間的絕緣電阻值、各段循環(huán)加溫元件的電流強(qiáng)度等指標(biāo)均符合某型飛機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，抗電強(qiáng)度試驗(yàn)合格。試驗(yàn)證明，即使電阻元件燒壞，各段循環(huán)加溫元件電阻絲也不會(huì)燒斷，在規(guī)定的循環(huán)周期內(nèi)能夠滿足飛機(jī)平尾前緣防（除）冰要求。

3應(yīng)用情況

該技術(shù)已應(yīng)用于某型飛機(jī)多個(gè)型號(hào)的平尾防冰前緣再制造，裝機(jī)使用百余件，安全飛行數(shù)萬(wàn)小時(shí)、十余個(gè)日歷年。歷經(jīng)各種飛行條件的考驗(yàn)，無(wú)絕緣電阻值降低情況的反饋。該技術(shù)應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)某型飛機(jī)平尾防冰前緣再制造，已裝機(jī)使用數(shù)十架份，經(jīng)外場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，無(wú)絕緣電阻值降低情況的反饋。