A320 系列飞机94- 050X 清水箱的一种修理方法探讨

倪泽军

（北京飞机维修工程有限公司西南维修工程服务部,四川 成都610201）

1 概述

94-050X 清水箱为A320 系列飞机的饮用水系统和真空厕所冲洗系统存储清水，通过加水后对水箱的空气增压保持航班上清水的稳定供应。

随着早期服役的A320 系列飞机逐渐进入老龄化，机龄较长的飞机清水箱可能会出现泄漏现象。处理措施通常为更换水箱、按照CMM修理、办理故障保留。新的或作为交换件的水箱，目前价格为3.7 万美元左右，交货周期2 周至90 天不等。如果没有库存航材，更换水箱会导致飞机长期停场，影响飞机可利用率和航班正常；采购库存周转件是一个相对可行的方法，但会增加航材库存成本，同时由于OEM厂家备件有限，OEM厂家会优先满足航班故障的飞机使用，从而周转备件采购困难。如果采用办理故障保留的方法继续让飞机飞行，则水箱不能装水（可以使用瓶装水、厕所干冲、无洗手用水），这会影响客舱服务质量，通常不是航空公司愿意的选项。如果按照CMM进行排故和修理，因为允许修理的范围很小，水箱OEM厂家技术支持不足，修理材料无厂家报价等原因而无法实施。因此，基于航空公司现有的工程和维修能力开发水箱的修理方法是必要的。

2 A320 系列飞机94-0501&94-0502 系列清水箱的基本构造

94-050X 清水箱的设计参数见下表1：

表1 94-050X 清水箱设计技术参数

如图1 所示：94-0501&94-0502 系列清水箱内胆为材质符合饮用水标准的热塑性塑料，开口处粘接不锈钢进行保护，内胆的功能是隔离饮用水和碳纤维增强的复合材料外壳，碳纤维增强型复合材料外壳作为水箱的结构件，承受水静压力和增压压力。

图1 94-050X 清水箱组件示意图

3 A320 系列飞机94-0501&94-0502 系列清水箱的泄漏形式分析

3.1 开口处不锈钢和内胆脱粘导致的泄漏：出现在开口处不锈钢加强区域

3.2 内胆损伤导致的泄漏：外壳无分层等损伤、表现为渗漏

3.3 内胆和外壳均损伤的泄漏：泄漏明显，外壳敲击检查有分层等

由于清水箱安装在客舱地板下部后货舱隔板后部的密闭空间，当轻微渗漏出现时，通常很难被机务人员及时检查发现，同时泄漏的水会通过机身排水路线正常排出机外，水箱泄漏故障就更难引起机务人员的警惕，故障信息通常来源于客舱服务人员对水系统使用体验下降的报告，比如航班用水充裕量下降、水压力不足、洗手水龙头出水小等等。这个时候，水箱实际的泄露已经延续了不短的一段时间，除了泄漏面积超过CMM的允许修理标准，而且常常伴随水箱外壳碳纤维结构的分层损伤，如图2 所示：

图2 94-050X 清水箱泄漏报告实例

4 开口处不锈钢和内胆脱粘导致的泄漏的修理方法

CMM 推荐使用食品级或满足饮用水接触标准的密封胶再密封内胆和不锈钢粘接的边缘，密封胶可从市场购买，耐高温80°C (176°F)。从我们了解的市场情况看，不少国产硅酮粘胶剂有FDA 认证，比如KJ-998，形态为流体和半流体，但粘接的可靠性和耐久性需样品试验。

国外产品中，例行飞机维修经常使用陶氏（道康宁）的RTV系列硅胶和DC90-006 高温胶，效果很好。陶氏（道康宁）的DOW CORNINGR781 硅胶目前已被纳入英国水接头法规体系，允许固化后接触饮用水。Dow CorningR786 满足FDA Regulation No. 21 CFR177.2600 食品级标准，允许固化后接触食品。DOW CORNINGR781 和DOW CORNINGR786 可以通过航空公司的航材渠道购买。

硅胶的缺点是需要在一定湿度的空气中固化，达到测试强度的固化时间不低于两天，达到最优性能可能需要七天时间。

5 内胆损伤导致泄漏的修理方法

5.1 CMM手册范围内的修理方法：允许修理的最大直径/长度不超过50 mm，超过该尺寸的损伤需返厂家修理。修理方法为用底漆X8533+环氧面漆EP3607（固化剂EP3600）或底漆Chemlock 459 A/B+环氧面漆8096 刷涂损伤区域。该修理方法的缺点是指定的底漆和环氧面漆的因为太小众而采购渠道不畅，同时允许的修理尺寸较小。

修理工艺简介：

(1) 找到泄露位置损伤的内胆，用锋利的铲刀去除毛刺或损伤的内胆材料;

（2）用砂纸打磨损伤处，彻底去除损伤;

（3）用干净的棉布蘸酒精清洁修理区域;

（4）用软毛刷涂X8533 或Chemlock 459 A/B 底漆，在室温25±5°C (77±9°F)下通风不小于1 小时;

（5）按照100:35 的重量比混合EP3607 面漆和EP3600 固化剂;

（6）涂面漆混合物，在室温下固化不小于12 小时，也可以在50°C (122°F) 温度下固化5 小时，但固化温度不允许高于60°C (140°F)。

（7）如果必要，重复第（4）至（6）步骤，直到修理区域被漆层均匀致密覆盖。

（8）用清水冲洗修好的水箱。

5.2 超手册修理方法：用密封胶粘接符合食品级接触的304不锈钢薄板（推荐退火状态，但1/4H 或1/2H 状态也可接受，厚度0.003 至0.016 英寸，也可以从304 不锈钢千层片剥离），为了增加粘接性，结合面涂环氧底漆（接触水的一面不涂漆）。完成粘接后，用满足食品级或满足饮用水接触标准的硅胶密封不锈钢补片周缘。该修理设计参照水箱制造过程中开口处的设计方法，航空维修企业可通过设计保证系统（DAS）、局方委任体系（CCAR-183）等程序获得批准。

修理工艺简介：

(1) 找到泄露位置损伤的内胆，用锋利的铲刀去除毛刺或损伤的内胆材料;

（2）用砂纸打磨损伤处，彻底去除损伤;

（3）用砂纸沿着去除损伤区域的周缘继续打磨出粘接面，每边搭接宽度约10mm;

（4）用0.003 至0.016 英寸厚度的304 不锈钢制作修理补片;

（5）用砂纸轻微打磨修理补片的粘接面;

（6）用干净的棉布蘸酒精清洁修理区域和修理补片;

（7）对修理补片粘接面涂BMS10-11 TYPE I 等飞机结构修理中常用的环氧底漆;

（8）用PS870 或PR1422 等飞机结构修理中常用的密封胶在修理区域粘接修理补片;

（9）用Dow CorningR781 或Dow CorningR786 密封修理补片周缘。

（10）用清水冲洗修好的水箱。

6 碳纤维增强型复合材料外壳的修理方法

6.1 CMM手册范围内的修理方法：用碳纤维布(plain weave,200g/m2)和环氧树脂L20 进行湿铺层修理，铺层不小于5 层，环氧树脂L20 和固化剂SL、固化促进剂H91 的混合比例为100:17:13。该修理方法的缺点是指定的环氧树脂及固化剂因为没有进入波音、空客的供应清单，从而使国内的航空公司采购渠道受限，同时CMM允许的修理尺寸也较小，最大直径/长度不超过50 mm。

修理工艺简介：

（1）用敲击法或X 射线确定损伤的范围

（2）用80 至120 粒度的砂纸打磨去除损伤，修理区域在每个方向超过损伤区域不小于50mm

（3）用干净的棉布蘸丙酮清洁修理区域

（4）评估打磨的修理区域的大致尺寸，评估修理相对于周围表面的深度

（5）按照修理区域的形状，用碳纤维布(plain weave, 200g/m2)剪制修理铺层，层数不小于5 层，根据修理区域的打磨深度增加额外的铺层，使修理后的干铺层厚度大于等于修理区域的打磨深度。每个铺层的尺寸从原损伤区域开始，以大于损伤区域每20 mm (0.8 in.)增加，直到覆盖打磨区域。

（6）按照100：17：13 的重量比混合环氧树脂L20、固化剂SL、促进剂H91。

（7）均匀分布环氧树脂混合物在碳纤维修理铺层上。

（8）从最小的铺层开始，在修理区域铺设修理铺层。

（9）放置分离层，用重物或真空压紧修理铺层。

（10）在室温25±5°C (77±9°F)下固化24 小时，然后，在60°C (140°F) 固化不小于2 小时，每小时温度增加不超过20°C (68°F)。

（11）取下分离层，用砂纸将修理区域打磨光滑

（12）用敲击法检查修理区域，确信修理质量合格

（13）对修理区域补漆

6.2 超手册修理方法：采用A320 系列飞机SRM51 章通用的碳纤维布湿铺层修理材料和修理方法进行修理，其中碳纤维布(plain weave, 200g/m2)和CMM 一致，不同之处在于环氧树脂的牌号和生产厂家不同，CMM 所用的L20 及配套的固化剂SL具有明显的地域特色，在德国等欧美国家广泛应用在通航小飞机和日常用品的制造上；A320 系列飞机SRM51 章推荐的湿铺层环氧树脂在波音、空客等现代化大型客机上广泛应用。

虽然从通航小飞机与波音空客等现代大型客机的取证要求、从水箱CMM和波音空客飞机SRM的修理工艺的比较上我们不难得出这样的结论：A320 系列飞机SRM51 章推荐的湿铺层环氧树脂+碳纤维布系统比水箱CMM要求的L20 环氧树脂+碳纤维布系统具有更好的修理性能和可靠性。但是，当缺少L20 环氧树脂的详细参数与波音、空客等飞机SRM清单推荐的环氧树脂进行比较时，用试验的方法验证胶料替代的可靠性是必要的。试验方案的设计可参照GB/T33334-2016，水箱应力计算模型采用回转壳体压力容器环向拉应力计算公式：P*D/2T

P=内压（工作压力30 psi，测试压力50psi）

D=直径（20.8-21.1 in.）

T=水箱外壳碳纤维布的厚度

对于该修理设计，航空维修企业可通过设计保证系统

（DAS）、局方委任体系（CCAR-183）等程序获得批准。

超手册修理工艺简介：

（1）用敲击法或X 射线确定损伤的范围

（2）清洁修理区域、去除油渍

（3）用80 至120 粒度的砂纸打磨去除损伤，修理区域在每个方向超过损伤区域不小于62.5mm

（4）确定被去除的铺层的数量和方向。修整和斜坡打磨使修理区域成为一个规则的形状。注意不要损伤到未损伤的铺层和周围的材料。修理铺层和1 层额外铺层的搭接不小于10mm

（5）用EA9396A/B 或等效的湿铺层环氧树脂准备层压树脂

（6）用混合好的层压树脂浸渍并准备碳纤维(plain weave,200g/m2)和120Style Glass Fabric 型玻璃纤维

（7）用干净的棉布蘸丙酮清洁修理区域

（8）完成破水实验、在80°C 下干燥修理区域1 小时

（9）根据去除的铺层数量和方向，裁剪并铺设铺层。层数不小于5 层，根据修理区域的打磨深度增加额外的碳纤维铺层，使修理后的干铺层厚度大于等于修理区域的打磨深度。每个碳纤维铺层的尺寸从原损伤区域开始，以大于损伤区域每25 mm(1 in.)增加，直到覆盖打磨区域。在碳纤维铺层之上，另外增加一层玻璃纤维铺层。

（10）安装真空袋并根据实际使用的层压环氧树脂的牌号，在A320 SRM51-77 中选定适当的固化图表进行加温固化。比如：如果使用EA9396A/B，在80±5°C 温度下固化至少2 小时；如果使用EA9390A/B，在93+10°C/-0°C 温度下固化至少4 小时，真空压力不低于560mmHg。加温固化周期的温度和时间控制如图3 所示。

图3 固化周期的温度和时间控制——以120°C(250 °F)固化为例

（11）固化后取下真空袋

（12）先用280 目砂纸然后用400 目砂纸轻轻打磨表面，注意不要损伤到铺层

（13）参照参照A320 NTM 51-10-19 Part15,使用啄木鸟共振法检查完成修理后无损检测，当条件不具备时，可以采用敲击法检查，确信修理质量合格

（14）对修理区域补漆

7 测试方法

参照CMM，加满水，对水箱增压至50psi 测试压力，保持不小于10 分钟，确信无渗漏。

测试工艺简介：

注意：压力测试需要在一个受保护的隔离区域进行，避免突然失效时对人员造成伤害。

（1）用ABS0395C6-12 或类似的接头，通过水箱底部的加水/排水接口将水箱连接至水管；

（2）通过水箱端盖上的MS33514G6 接头，连接水箱和压力管

（3）除了水箱端盖上的溢流活门MS33514G12，关闭水箱上的其他出口；

（4）确认溢流管打开，对水箱加注清水，直到水从溢流管溢出；

（5）关闭溢流活门，用干净的棉布擦干水箱外表面；

（6）对水箱增压至3.45 bar (50 psi)，增压速度不超过200mbar/sec (2.9 psi/sec)。让压力保持不少于10 分钟。

（7）检查水箱，确认无渗漏痕迹。