飞机结构腐蚀防护和控制研究

肖珺

摘 要：按结构防腐蚀总则、飞机腐蚀情况、选材要求、结构件的表面防护等项内容，对飞机结构腐蚀防护和控制进行了全面分析研究，保证飞机在寿命期内飞行安全。

关键词：飞机结构；腐蚀防护；控制

1 引言

腐蚀是飞机结构的主要损伤形式之一，在飞机结构的各类损伤中，开裂和腐蚀分别居第一位和第二位，各占飞机全部结构损伤的29%和20%，而裂纹往往又由腐蚀所引起，受腐蚀影响而加速扩展。腐蚀损伤不仅使结构强度降低，系统和附件功能失效，而且大大降低飞机的使用寿命和日历寿命，严重影响飞行安全。近年来，我国的军用和民用飞机出现了普遍和严重的腐蚀问题，有关部门对此予以高度重视，组织开展了一系列研究，并取得了一些研究成果。

腐蚀控制是保证飞机结构完整性的重要方法，是结构耐久性设计的重要内容，是实现飞机结构长寿命、高可靠性、低维修成本的重要保证。飞机结构腐蚀控制技术是防止和延缓飞机结构腐蚀。以保证结构完整性的工程科学技术。它涉及到结构构型、材料、工艺、表面处理和防护技术以及应力和变形的控制等。是一门多专业、跨学科的综合技术，也是一项从设计开始，贯穿于方案论证、结构设计、生产制造和使用維护等各个阶段的系统工程。在这项系统工程中，设计是关键，它决定了飞机结构固有抗腐蚀特性，在飞机全寿命期内各个阶段的腐蚀控制工作中起着决定性、关键性作用。

腐蚀会对飞机机体结构带来严重危害，如何防止外界水介质等浸入，以及机体内冷凝液排出，进行合理结构设计，选择抗腐蚀的材料及良好的表面防护，达到减缓机体腐蚀发生，保证飞机在寿命期内安全飞行，显得尤为重要。

2 飞机结构防腐蚀原则

对暴露在腐蚀环境中的机体结构，应采取腐蚀防护措施，以保证飞机结构满足耐久性要求，使腐蚀、脱层、磨损及由腐蚀导致的其它损伤减至最低限度。结合制造和使用维护中的腐蚀控制措施，保证飞机在使用环境下，不出现危及飞行安全的腐蚀损伤。并无需在规定的期限内进行与腐蚀直接有关的修理。在制定腐蚀控制方案时必须遵循以下一般原则：

2.1 正确处理产品的使用功能、使用寿命与腐蚀控制投资费用之间的关系。结构设计前，首先应全面了解产品的预期使用环境、使用功能和使用寿命，以便考虑采用相应的腐蚀控制措施；对于使用寿命长、使用中又不允许更换的零、部件应从选材及各种防护层的选用方面精心考虑；对难以检查、修理，或更换属不经济的结构，采用的腐蚀防护措施应在机体设计使用寿命期内有效；对可修理、可更换的结构应在一个大于预定检查周期的规定时间内有效。

2.2 全面了解飞机结构的使用环境以及各个部位的使用环境，以作为采取腐蚀控制措施的基本依据。

2.3 综合考虑材料的性能，包括力学性能、耐蚀性能、经济性以及施加覆盖保护层的可能性。

3 飞机腐蚀情况

3.1 飞机腐蚀的一般规律

沿海比内地腐蚀严重，大气污染严重的地区比其它地区严重，南方沿海比其它沿海地区严重，水上飞机比陆上飞机腐蚀严重。机翼腐蚀比机身、尾翼严重。机翼的腐蚀主要集中在主要受力构件上，梁缘条、梁腹板、长桁、对接型材等。尾翼的腐蚀主要集中在蒙皮及配重安装部位、安装搭铁的舵面固定支座上。机身的腐蚀主要集中在蒙皮、减速板舱、龙骨梁、机腹天线与机腹的搭接处等。

3.2 易发生腐蚀的部位和结构形式

异种金属接触部位，因缺少必要的防护措施或防护不当而导致腐蚀；搭铁安装部位，因铝合金构件和铜搭铁接头连接的外部未密封保护好或搭铁磨损构件保护层而导致腐蚀；紧固件及紧固孔周围；装配加工部位（如装配钻孔、锪窝、切割边缘、对接和搭接接缝处的加工端面等）；存在结构缝隙的部位；易积水积盐、受潮以及水上飞机易受海水、盐雾袭击的部位；起落架舱和减速板舱内，包括舱门周围的结构件及成品件。

4 一般要求

4.1 防止腐蚀介质的进入

机身上部和机翼上翼面等易进水的部位应采取密封措施，如湿铆接等。结构和系统都应防止水渗入或漏入内部。所有的设备舱、口盖、座舱盖、窗户和门应密封。

4.2 防止腐蚀介质的积留

所有设计都要考虑防止水或其它液体的聚积和存留。内部易积水的部位应视具体情况设计成有自排泄作用的结构或开设排水通道，将各部位的渗漏水、冷凝水引至开有排水孔的低凹处，将水排出机体之外。排水孔位置应能使积存的水或其它液体有效地排出。排水孔周围结构应密封铆接：结构外形设计应尽量简单、光滑，便于防腐蚀施工和检修，并可减少灰尘、水气和其它腐蚀介质的滞留；结构设计应尽量避免凹槽和缝隙，消除能存留腐蚀介质的间隙。若出现积存腐蚀介质的沟槽或缝隙时，应采用相应的密封措施，阻止介质进入；尽量不用吸水性强的材料，不能避免时应采用周围密封；布置合适的通风口，以防止湿气的汇集和凝露。

4.3 检查通道

易腐蚀部位，特别是疲劳或损伤容限关键零部件应有检查通道。

4.4 限制设计应力

对于应力腐蚀敏感的材料，应尽可能降低设计应力；应尽量消除或减小应力集中和残余拉应力，以减少应力腐蚀的危险。避免零件在短横向上受拉应力；应当避免使用应力、装配应力和残余应力在同一个方向上叠加；设计锻件时要保证晶粒流向与主应力方向一致。

5 选材要求

a.根据结构的使用功能、使用部位、使用条件、使用环境及结构类型，综合考虑材料的强度、疲劳性能、断裂韧度、耐腐蚀性、工艺性和经济性等。

b.针对可能出现的腐蚀类型。

c.尽量选择耐蚀性好的材料，尤其在易产生腐蚀和不容易维护的部位。

d.避免选择对腐蚀敏感的热处理状态。

e.所选用的材料应具有相容性。

f.应考虑材料的腐蚀特性和全寿命经济特性。

g.选用新材料，必须有可靠的腐蚀特性数据。

6 结构件的表面防护

6.1 表面防护一般原则

结构件的表面防护是减缓结构材料腐蚀的重要环节，通常在型号预发展阶段就应确定。一般有无机防护层（镀层）和有机防护层（涂层，涂漆）两部分组成。选择表面处理应遵循如下基本原则：

a.根据结构件材料的特性、热处理状态、使用条件和部位、结构形状和公差配合等因素，正确地选择防护层，并应能适应型号飞机所有的运行环境。

b.所选防护体系应有耐蚀性能的全面数据，尽可能选用耐蚀性好的防护层。

c.防护层应与基材及加工工艺方法相适应，并对零件的机械性能，尤其是对强度无不良影响，并考虑其经济性。

d.注意防护层与被防护零件材料之问的相容性或限制使用要求。

e.镀覆层选择应符合GJB594，超出该标准应用范围时，应进行充分的论证与必要的试验。

f.有机涂层的选择除应考虑其防护性能、耐湿热、盐雾、霉菌性能和耐大气老化性能外，还应考虑其与基体附着力，涂层之间配套相容性和施工工艺性能等。

6.2 表面防护细节要求

a.尽可能选择阳极性镀覆层。对于具有特殊性能要求的（如耐磨、导电、粘接等的零件），可选用具有相应特性的镀覆层。

b.所选用的镀覆层在其使用条件下，如飞机在飞行和停放时所承受的介质、温度、应力和摩擦等，能否满足零件耐腐蚀的要求。

c.镀覆层在使用时，由于环境介质、温度、应力、相接触的零件等因素的影响，是否会带来有害的影响.以及解决的方法。

d.凡需镀覆层的零件应避免尖角、凹槽、盲孔和平底压孔，并有足够的坡度以防止积水.并不影响镀覆层质量。

7 防排水与通风设计

7.1 结构防水设计

a.机体外蒙皮（尤其是机体上表面蒙皮），应尽可能采用湿装配或密封铆接。

b.所有门、窗和舱口边缘都应设计有水密装置。

c.外表面各对缝及间隙，应恰当地选取缝内或缝外密封，或两者结合进行。

d.位于机身、机翼上表面和机身侧表面的口盖应有效密封，位于上表面和侧表面上的所有门、窗和口盖都应按有关标准进行淋雨试验。所采用的密封胶或密封垫应与机体胶接牢固，并具有较好的耐水、耐油、耐老化等性能。

7.2 结构排水设计

a.结构总体布局设计时，应布置排水通道。

b.排水渠道应保证停机状态时积水能自然通畅地流出，排水渠道应使用可靠，且有较好的维修性。

c.排水孔应布置在机体各积水部位的最低处，对低于排水口的局部结构沟槽和凹坑，应使用密封剂填平，或在排水口下方设置挡水堤埂。排水孔直径一般应不小于8mm。

d.机身长桁和纵梁应尽量布置成不易积水的形式，否则应开排水孔，或在可能积水区加装排水管。

7.3 结构通风设计

a.应根据结构使用环境条件和内部设备的具体要求，设计通风结构形式。

b.固定式通风口位置应选择在不易进水部位。

c.活動式通风门应开关灵活。

d.风路通畅，不留死角。

8 合理的结构设计

8.1 零件构型设计

a.避免选用闭剖面零件。采用闭剖面零件时，两端应可靠地封闭，并在封闭前进行内表面防腐处理。如不能封闭，应制成便于检查、排水、清洗的零件.切忌采用既不封闭又不敞开的零件。

b.零件形状应便于表面防护。零件上尽量避免带有尖锐内角或圆角半径很小的内角、沟槽和台阶，因在这些部位不易形成保护层。

c.零件表面外形应尽量平整光滑，不易积聚灰尘、杂物和潮气等腐蚀介质，并便于表面涂（镀）覆保护。

d.焊接件的焊缝布置应开敞，便于施工及表面磨削加工，以确保焊缝质量；焊接件的焊缝应采用连续封闭焊缝，避免间断焊缝。

e.焊接件的缝隙中不允许进入和存储水液或其它腐蚀介质，因此点焊件周边应采用堵焊封闭。

8.2 结构装配设计

a.零件的配合面应形状简单、平直，便于良好贴合，以免强迫装配。

b.相互间不用紧固件连接的独立零件之间必须有足够的间隙。

c.结构件装配中，一般不应锉修，以免破坏零件表面防护层。

d.选用紧固件要注意与被连接材料电化学性相容。镀镉的紧固件不允许与钛合金相连接.镀镉和镀铝的紧同件不能与碳纤维复合材料相连。

e.钛及钛合金零件和结构在加工和装配过程中，不能使用镀镉的工具夹、定位装置和型架。

8.3 不同材料连接结构设计

a.尽量选用同种金属或电位差小的不同金属（包括镀层）相互连接，尽量选用相容金属相连接。确因结构需要选用不相容金属相连接时按GJBl720进行防护。

b.不同金属之间采用绝缘措施，如涂漆、涂胶等。

c.采用阳极保护或阴极保护和隔离。

d.对于不同金属组成的结构应尽量避免大阴极小阳极的危险连接；通常应使阳极面积大于阴极面积。

9 结束语

随着航空技术的发展，飞机腐蚀防护设计和控制技术发展很快，诸如防排水、缓蚀剂、腐蚀疲劳、湿装配、无余量装配、复合材料的防腐蚀设计等，本文所采用腐蚀防护和控制技术已在多个型号中应用，效果良好。

参考文献

[1]殷建新.飞机结构腐蚀与使用寿命研究[J].海军航空工程学院学报，2005，6.