某型飞机舵面蜂窝结构腐蚀情况分析

罗文兵 李婷婷 王文涛 李安荣

摘要：为了解某型飞机蜂窝结构腐蚀情况，对某型飞机蜂窝结构腐蚀情况进行了普查汇总，并对故障件进行了分解、检查，总结出某型飞机方向舵、水平尾翼、襟翼蜂窝腐蚀发生的主要部位，分析了腐蚀发生的主要原因。针对发现的蜂窝腐蚀部位及原因，制定了金属蜂窝芯三种状态的修理实施方案，并提出了相关的维护和改进建议。

关键词：蜂窝结构；腐蚀；修理

Keywords：honeycomb structure；corrosion；maintenance

0 引言

复合材料由于具有重量轻、比强度和比模量高、可设计并耐腐蚀、抗疲劳等优点[1]，在现代飞机中得到较多的应用。飞机上所应用的复合材料，按其构造形式一般可分为层合结构和夹芯结构两大类。单纯层合板在飞机结构中的应用并不多，主要用于复合材料夹芯结构的面板、整流罩、蒙皮壁板、侧壁板、梁腹板、货舱地板、肋腹板等构件[2，3]。由于蜂窝夹芯复合材料重量轻、造价低，而且具有良好的比强度和比刚度[4，5]，因此在夹芯结构中，蜂窝芯材应用最多。20世纪80年代，铝合金蜂窝芯材广泛应用于某型飞机舵面上。随着蜂窝夹芯结构在航空领域尤其是在军事领域应用的不断增加，各种突发因素和环境都可能对蜂窝夹芯结构造成损伤。

飞机蜂窝结构常见的损伤大致可分为表面损伤、脱粘损伤、单侧面板损伤、穿透损伤和内部积水五种形式[6]。而针对以上几种损伤，国内目前尚无有效检查金属蜂窝腐蚀的手段和方法。飞机在大修厂进行翻修时，常采用X射线照相方法检查蜂窝结构是否进水，通过打孔检查判断进水区域是否发生腐蚀。但外场维护不具备X射线检查条件，造成铝合金蜂窝进水腐蚀无法及时发现，给飞行安全带来极大的隐患。2013年，某型飞机在飞行过程中发生方向舵蜂窝结构后部撕裂脱落事故征候，现场检查发现，该方向舵无外来物撞击痕迹，剩余部分蜂窝芯表面呈暗灰色，有腐蚀斑点和白色腐蚀产物，并有多处腐蚀穿孔。经调查组检查发现，方向舵撕裂原因为蜂窝结构严重腐蚀，造成蜂窝结构剥离强度降低。由于蜂窝的腐蚀为不可见损伤，为保证飞行安全，避免类似事故征候再次发生，掌握飞机蜂窝结构的腐蚀情况并制定后续改进措施是非常有必要的。

某型飞机的全部活动舵面后部（包括襟翼、水平尾翼、方向舵等）都采用了胶接铝蜂窝结构，总面积达7.154m2，蜂窝结构使用广泛。在外场对该型飞机蜂窝结构进行打孔检查，通过对蜂窝芯腐蚀情况进行普查，为该型飞机蜂窝结构改善、制定并实施防腐措施、完善防腐工艺提供重要的依据。

1 腐蚀普查情况和分析

对某型飞机舵面蜂窝结构的腐蚀情况进行了普查，涉及服役地点、出厂时间、飞机型号、腐蚀部位等。本次普查的飞机共33架，舵面蜂窝共297件，腐蚀的蜂窝数为80件（包括轻微腐蚀和严重腐蚀），腐蚀率约为27%，腐蚀程度由轻微至严重，腐蚀面积不等。在此次普查飞机中，南方北方均有蜂窝舵面腐蚀发生，但在沿海、潮湿等地方使用的飞机上蜂窝舵面腐蚀比例较大。出厂时间最早为1987年，已接近日历寿命，但检查的9架该型飞机舵面蜂窝结构却均无腐蚀。发现腐蚀的80件舵面蜂窝结构的出厂时间跨度为1990年12月至2005年12月，涉及多个型号多个批次的飞机。可见，蜂窝结构的腐蚀与飞机服役时间长短、型号和批次无直接关系。

2 故障件分解检查结果

2.1 方向舵分解、检查

对某型飞机故障方向舵进行分解检查，发现方向舵自顶部向下约1000mm范围内发生面积较大的严重腐蚀，腐蚀趋势自上而下，其他部位未发生腐蚀，如图1所示。

分解检查发现方向舵蜂窝存在进水通路，蒙皮与骨架间板—板胶存在较大空隙缺陷，密封胶填充不充分、有孔洞或脱落，导致密封失效，雨水或潮湿空气进入蜂窝内部。

2.2 水平尾翼分解、检查

水平尾翼由左右两个可差动操作的全动水平安定面组成，保证飞机的纵向平衡，保证飞机具有俯仰安定性和操作性。

前期普查发现14件平尾蜂窝后段腐蚀，其中轻微腐蚀2件，严重腐蚀12件。14件平尾翼尖部位均发生腐蚀，对其中5件进行分解检查，发现除翼尖均发生严重腐蚀外，3件平尾翼根部也出现了严重腐蚀。腐蚀位置及分解检查照片如图2、图3所示。

分解检查发现水平尾翼蜂窝进水通路使翼尖和翼根部位骨架交界处密封胶填充不充分，有掉胶和缺胶现象，导致密封失效，雨水或潮湿空气进入蜂窝内部。

2.3 襟翼X射线检查

襟翼安装于机翼后缘，用于飞机起飞及降落时增加机翼的升力，从而减小飞机起飞和着陆时的滑行距离。

对15架大修飞机的60个襟翼进行X射线检查，发现有17件襟翼蜂窝内部有水，打孔检查发现内部蜂窝已发生严重腐蚀。腐蚀部位如图4所示。

严重腐蚀位于蜂窝结构骨架交界区域，该部位结构与平尾类似，进水原因与其相同。

3 腐蚀机理及原因

通过对故障件的分解检查，初步得出故障原因是雨水及潮湿空气长期作用导致铝合金蜂窝腐蚀。经理化分析，腐蚀产物主要由铝和氧两种元素组成，从铝和氧的含量上看，腐蚀产物主要是氧化铝和少量氢氧化铝，未检出硫、氯等易导致腐蚀的元素。腐蚀产物主要是氧化铝，进一步说明了铝合金蜂窝腐蚀是由于雨水或潮濕空气长期作用导致的，腐蚀时间很长，蜂窝内部积水或潮湿空气较多。蜂窝进水或有潮湿空气且作用时间较长是腐蚀的根本原因；缝外XM-18密封胶填充不充分、脱落或失效以及板—板间、骨架间存在进水通路是致使蜂窝腐蚀并发生故障的主因。

4 腐蚀控制方法研究

舵面蜂窝结构经打孔和X射线两种方式检查进水和腐蚀情况，检查结果分为三种：完好、只进水未腐蚀、已腐蚀。对三种状态的结构实施如下维修方案。

4.1 完好蜂窝结构实施方案

若蜂窝结构浸水后X射线检查未进水，打孔检查确定为无积水、未腐蚀的完好蜂窝结构，堵孔后需在原缝外密封部位重新涂密封胶，密封胶完全固化后正常使用。密封胶选择使用HM-109-1，相比原密封胶XM-18具有更好的流淌性，可以更充分地填充一些细小的通路。在涂密封膠前，应先清洁待密封部位，并按工艺要求刷涂NJD-3底涂，若一次封堵固化后发现有未封堵处，可进行二次封堵。

4.2 只进水未腐蚀蜂窝结构实施方案

若X射线检查发现蜂窝内部已进水，或打孔检查发现蜂窝内部积水但未发生腐蚀，应先将积水烘干，再用环氧树脂胶进行堵孔，注胶时应充分注满，消除气泡，并使胶液少量溢出孔外，待胶开始固化时刮平表面，并将孔边清理干净。完全固化后，恢复表面漆层并对进水通路重新密封。密封胶固化后重新进行浸水测试和X射线检查，确认密封有效未发生渗漏后，可继续正常使用。无法进行重新密封的蜂窝结构应停止使用，更换蜂窝结构。

4.3 已腐蚀蜂窝结构实施方案

若X射线检查发现蜂窝内部已进水，而且打孔检查发现蜂窝芯已发生腐蚀，则更换新蜂窝件，其他部分结构继续使用。

在民用飞机上，常用镶接修理法和填充修理法对损伤的蜂窝芯进行修理，但由于军用飞机对机体结构的强度和刚度要求较高，要求在较大的局部空气动力下不发生鼓胀、下陷现象，对蜂窝芯的稳定性要求较高，因此对损伤蜂窝的挖补修理并不常见。即若发现蜂窝芯发生腐蚀，应更换新蜂窝。

在更换新蜂窝时，应加强质量控制，重点关注外场普查中发现的已发生腐蚀部位附近结构的密封，特别是蜂窝结构骨架交点处要密封。若发现有密封缺陷，应及时进行密封，确保用于更换修理的新蜂窝结构的密封可靠性。

5 结束语

通过对某型飞机舵面蜂窝结构的腐蚀情况进行普查，掌握了其腐蚀情况和原因。方向舵腐蚀位置主要发生于顶部，腐蚀趋势是自上向下；水平尾翼腐蚀部位主要集中在翼尖和翼根部位；襟翼严重腐蚀位于蜂窝结构骨架交界区域。雨水及潮湿空气的长期作用导致铝合金蜂窝腐蚀。缝外XM-18密封胶填充不充分、脱落或失效以及板-板间、骨架间存在进水通路是致使蜂窝腐蚀并发生故障的主因。同时，在更换新蜂窝时应加强质量控制，重点关注外场普查中发现的已发生腐蚀部位附近结构的密封，特别是蜂窝结构骨架交点处需密封，若发现有密封缺陷，应及时进行密封，确保用于更换修理的新蜂窝结构的密封可靠性。还应对蜂窝结构进行定检和维护，排除进水通路，阻止腐蚀进一步扩展，保证舵面蜂窝结构的安全使用。

参考文献

[1]国爽.关于飞机复合材料损伤及修复研究[J].军民两用技术与产品，2015，4（2）：2.

[2]虞浩清，刘爱平.飞机复合材料结构修理[M].北京：中国民航出版社，2012.

[3]万铖，金平，王鹏. 纤维增强复合材料低速冲击损伤模型的建立与验证[J].装备环境工程，2015，12（2）：39-43.

[4]赵美英，孙晓波，万小朋.蜂窝夹芯结构板脱胶修补研究[J].航空学报，2003，24（5）：474-476.

[5]袁庆铭.关于铝合金蜂窝构件的修理[J].航空维修与工程，2001（5）：32-34.

[6]曾军，赵元勤，潘振林.飞机夹层结构复合材料零部件的损伤形式及修理方法[J].航空维修与工程，2005（3）：36-37.

作者简介

罗文兵，工程师，主要从事飞机结构修理工作。