波音787飞机驾驶舱风挡玻璃外层破裂研究

张永胜

摘要：全球波音787飞机机队多次发生飞行阶段驾驶舱风挡玻j离外层破裂故障，已造成多起返航或者备降的不安全事件。本文对风挡结构与玻璃破裂原因进行分析，并提出了预防措施。

关键词：波音787;驾驶舱风挡玻璃：破裂

0引言

波音787飞机上使用的是PPG公司生产的驾驶舱风挡玻璃，包含1号、2号左右各两块风挡。近年来，随着波音787飞机投入运营，报告的驾驶舱风挡玻璃破裂数量呈增长趋势，并且主要集中在1号风挡玻璃外层。

2017年在波音论坛Fleet IdeaXchange上发起过此问题的讨论，收到了国外多个营运人的反馈，结合波音报告汇总统计，自波音787投入运行以来，约发生了50余起1号风挡玻璃外层破裂事件，并且由于大部分索赔被波音公司拒绝，各营运人承受了较大的经济损失。波音对截至2017年2月驾驶舱风挡玻璃破裂原因进行的统计数据表明，大部分外层玻璃的破裂发生在12000-18000飞行小时，主要原因是由隆起封严失效导致。

1驾驶舱1号风挡结构

波音787飞机驾驶舱1号风挡由三层组成：中间层与内层（MAINPLY）是丙烯酸塑料材质的结构层，最外层（FACEPLY）是玻璃材质的非结构层，外层与中间层敷设有防冰加热膜（ ANTI-ICEINTERLAYER）;中间层和内层敷设有除雾加热膜（DE-FOG INTERLAYER），如图1所示。这种设计的最大优点就是重量轻，具有燃油经济性，但是相对来说可靠性低。

在最外层玻璃与风挡结构框架之间有一圈隆起封严（HUMP SEAL），主要作用是阻止潮气侵入夹层的加热膜中，防止引起汇流条电弧而使风挡外层玻璃破裂。

风挡的设计原则是破损安全设计，中间层与内层为结构受力层，外层是非结构层。飞机运行中，非结构层发生破裂时风挡仍然具备完整结构强度;而当任何一个结构层破裂失效时，都将由另一个结构层承受载荷。驾驶舱风挡强度设计裕度为：任何一个结构层发生破裂失效时，另一结构层最大可承受22psi的压力，并最多持续6小时。

1号风挡的设计曾历经几次重要改变，件号不同意味着构型不同，见表1。

2驾驶舱2号风挡结构

波音787驾驶舱2号风挡与1号风挡结构相同，如图2所示，区别是在层与层之间的加热膜（INTERLAYER）上：2号风挡外层与中间层之间没有防冰汇流条（ANTI-ICE BUSBAR），只在中间层与内层间有除雾汇流条（DE-FOGBUSBAR），如图3所示。所以，2号风挡的加热功率远小于1号风挡。

3风挡外层玻璃破裂的原因分析

在飞机飞行过程中，受增压载荷作用，风挡外层玻璃主要承受拉伸载荷，增压变形大。外层玻璃破裂后会形成网格狀，如图4所示。

对多起波音787风挡玻璃外层破裂故障进行分析，得出风挡破裂的突出诱因是潮气入侵。潮气入侵是一个缓慢的过程，是玻璃破裂的一个充分条件。

隆起封严是阻止潮气入侵的最主要屏障，在飞机长期运营过程中会出现破损失效，潮气可以入侵到玻璃夹层，汇流条通电加热后产生电弧，最终导致玻璃破裂。其中，常见的隆起封严失效形式包括裂纹、脱胶、风蚀等。

由于1号风挡存在防冰汇流条，加热功率比2号风挡大，因此其对潮气入侵的影响也更加敏感。因此，迄今为止都是1号风挡玻璃外层有破裂现象，在世界机队中还未曾报告过2号风挡的同类故障。

由于波音MRBR是基于MSG-3（Rev2）分析的，因此并未给出风挡定期检查要求。近40年来，尽管多家航空公司曾要求将波音机型风挡玻璃的检查要求加入MRBR或者MPD中，但最终仍然未被工业指导委员会（ISC）采纳。这主要是由于工业指导委员会考虑到风挡运营环境多样化，运营中的拆换原因也多种多样，因此未将风挡的定期维护任务加入MRBR或者MPD中。但是这样的做法，导致航空公司没有主动检查风挡的意识和措施。对于波音787飞机而言，隆起封严的破损是一个逐渐发展的过程。受航线检查时接近条件所限，当封严出现破损时机务人员很难在第一时间发现问题，进而封严破损会加剧至成段的脱胶或者断裂，直到机组飞行中听到封严击打风挡周边的噪声后才会向机务人员报告，此时潮气很可能已经入侵到风挡夹层中，并且这种潮气入侵无法通过加热或者自然蒸发等手段去除，积累到一定程度，在汇流条通电后最终导致玻璃破裂。

此外，由于波音787风挡尺寸大，增压变形大，受到雨刮器或者其他外来物磨损、撞击时的表现更为敏感，出现的裂纹、划痕等损伤发展也更加迅速。由于没有定期的检查要求，造成了风挡早期出现的损伤不能被及时处理修复，留下了风挡破裂导致飞机AOG的隐患。

4预防措施

由于潮气入侵的结果会导致风挡玻璃破裂，因此应该想办法延缓潮气入侵的过程，才能够有效提高风挡的使用寿命以及可靠性。潮气入侵本身并不是缺陷，且在风挡的使用过程中是不可避免的，只有潮气入侵积累到一定程度，直观上导致了玻璃分层，银色汇流条变色或者局部过热产生的小气泡才是缺陷，需要航空公司采取措施以免影响未来航线运行的破裂隐患。

航空公司应该将驾驶舱1号和2号风挡的定期检查项目加入到各自的维修方案中，建议在每个A检进行相应的检查修复，这样可以延缓潮气入侵的过程，及时发现风挡的损伤，避免风挡破裂。检查的重点应该集中在隆起封严、汇流条端头的气泡、汇流条的变色以及潮气入侵上。其中，隆起封严的检查不能完全依赖目视，必要时检查者需用手指拨动封严以判断是否存在脱胶损伤。对于发现的任何损伤，严格按照AMM或者厂家建议进行处理。

近两年，海航航空技术股份有限公司自建立风挡定期检查项目以来，再未出现过外层玻璃破裂故障，风挡可靠性高于世界机队平均水平。

结合使用经验以及厂家建议，在风挡日常维护良好的前提下，5～6年以上寿命的风挡容易出现明显的潮气入侵，7～8年寿命的风挡应该视情主动更换。每种机型的风挡都有使用寿命，但在目前的技术文件中并没有明确体现，以往都是发现故障进行被动更换，可能造成事故征候或者不安全事件，这就要求工程师对驾驶舱风挡玻璃进行分梯度、分层次的关注并及时决策，做到故障早识别，早处理，不留隐患。

索赔方面，为了最大程度挽回航空公司的经济损失，根据以往风挡索赔成功的经验：对于风挡未破裂的情况，如果是潮气入侵导致了玻璃分层，是可以索赔的;对于风挡已经破裂的情况，如果风挡破裂前有过隆起封严多次脱胶损伤的证据，也是可以索赔的。

5结论

为了提高波音787飞机驾驶舱风挡玻璃可靠性，航空公司应该根据实际情况在维修方案中建立定期检查维护要求，并对风挡实际状态长期监控，避免飞机在航线运行中出现风挡破裂情况。

参考文献

[1] CMM 56-10-20 REVISION F[Z].

[2] CMM 56-10-21 REVISION B[Z].

[3] 787-FTD-56-13002 DATE19-JUN-2018[2].

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