装配因素对飞机防腐性影响的探究分析

姜瑞蒙 孙松伟 熊 剑 屈春晖（上海飞机制造有限公司，上海200000）

0 引言

飞机若在周围环境因素（如大气、水分、化学物质、温湿度变化、空气中的颗粒、航空油料等）的影响下发生结构腐蚀，将严重影响飞行安全[1]。腐蚀的发生在飞机的生命周期中往往是不可避免的，因而预防腐蚀和延缓腐蚀显得尤为重要[2]。为了防止飞机结构发生腐蚀，除了可以通过选择合适的金属材料、涂料、密封胶，以及有效的排水系统等措施，使用防腐剂也是一项重要的措施[1]。我国民航局颁发的CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》（民航局令第209号）[3]就对飞机防腐提出了具体要求。防腐剂通常具有非常好的渗透性，可以渗透进极小的缝隙和孔内，将其中的水分置换出来，并形成一层防腐剂膜[4]。

对于飞机上存在腐蚀风险的区域，尤其环境恶劣的区域，防腐的有效性还需要建立在良好的结构铆接质量、良好的密封胶施工、防腐剂施工等基础之上。本文重点研究了机身结构形式、铆钉成形质量、密封、充压等装配因素对防腐有效性的影响。

1 防腐剂渗漏试验

为探究机身结构形式、铆钉成形质量、密封、充压对防腐有效性的影响。本文通过模拟机身蒙皮长桁连接结构形式制造装配试验件，展开对比试验，分析不同装配因素对飞机防腐性的影响及其重要性。

1.1 试验方案设计

1.1.1 结构形式

分别设计如图1、图2所示的封闭曲面蒙皮盒体结构与平面开敞盒体结构各一件，均使用双层蒙皮，蒙皮厚度与机体蒙皮规格一致，均分布3根长桁，试验件长桁间距与实际机体长桁间距相同，中间长桁再另加1层夹层垫片。

图1 封闭曲面蒙皮盒体结构

图2 平面蒙皮开敞盒体结构

1.1.2 连接要求

蒙皮长桁区域连接，底面采用埋头铆钉连接，盒体结构部分使用凸头铆钉连接。为验证铆钉成形因素对防腐剂渗漏的影响，本次试验件对3排长桁连接的紧固件做如图3的排布，即每5颗铆钉分别做标准成形与非标准成形。

1.1.3 密封要求

试验件相关涂胶密封信息如图3所示，其中红边代表填角密封，底黑色代表做贴合面密封。

图3 紧固件分布与涂胶密封示意图

1.1.4 充压要求

对封闭曲面蒙皮盒体结构，充压至同等飞机所承受的压力，并保压一定时间，用于对比平面蒙皮开敞盒体结构。

1.2 试验件拆解对比

将试验件静置3~6周，每周跟踪观察紧固件制成头以及钉头，未发生渗漏现象，后续分解拆除观察夹层情况，夹层渗漏结果如图4至图6所示.

图4 分解第一层长桁夹层对比图

图6 分解第三层蒙皮夹层对比图

第①套第1层长桁夹层拆除后，未发现明显渗漏液体，中间长桁无贴合面密封区域有少量防腐剂渗漏。第②套拆除后，1层长桁夹层防腐剂渗漏明显，同时在进行了贴合面密封的一侧，在密封胶不合格的间隙同样发现了防腐剂渗漏。

图5 分解第二层垫片夹层对比图

第①套拆第2层垫片除后，可以发现无贴合面密封区域非标准成形紧固件对应区域有微量防腐剂渗漏，有贴合面区域无渗漏。第②套第2层垫片夹层拆除后，防腐剂渗漏明显，同时在进行了贴合面密封的一侧，在密封胶不合格的间隙同样发现了防腐剂渗漏。

第①套第3层蒙皮夹层拆除后，未发现明显防腐剂渗漏，中间长桁左端贴合面密封不合格区域有少量防腐剂渗漏。第②套第3层蒙皮夹层拆除后，防腐剂渗漏明显，同时在进行了贴合面密封的一侧，在密封胶不合格的间隙同样发现了防腐剂渗漏。

2 实验结果及分析

2.1 结构形式因素

两组试验件，一组为曲面蒙皮长桁结构，一组为平面长桁结构。曲面长桁结构在防腐剂施工后，局部易发生积液现象，平面长桁结构则不会发生积液。从拆解实验结果来看，曲面结构与平面结构均有不同程度的渗漏，说明结构形式影响不大。

2.2 铆钉成形因素

两套试验件铆钉安装条件一致，同时观察拆除铆钉，拆除时铆钉的制成头同样破坏如图7所示，镦头外露部分防腐剂涂覆充分，镦头周围被防腐剂包围，镦头与零件贴合面光亮无防腐剂痕迹，而一些铆钉钉头、钉杆有防腐剂渗漏痕迹。对拆除的钉孔进行观察也可以看到夹层的渗漏痕迹。

图7 试验件拆除的部分铆钉

对其中一套试验件中间长桁拆除的铆钉进行测量统计，并对破坏的铆钉靠近钉头处和镦头处钉杆直径分别进行测量，统计得知：

a)镦头处钉杆直径均大于钉头处钉杆直径；

b)试验件铆钉钉杆膨胀后均大于或处于理论孔径范围内，其中非标准成形的铆钉靠近钉头处钉杆直径略小于标准成形钉杆直径；

因此，得出非标准成形铆钉钉杆与孔内壁可能形成如图8中所示的间隙。钉杆与孔内壁形成的间隙为防腐剂通过夹层之间渗透提供了渗漏的路径。

图8 钉孔夹层间隙形成示意图

2.3 密封形式因素

通过对两套试验件拆除后长桁及蒙皮之间的零件间隙表面观察，可以发现，在贴合面或填角密封合格的情况下，由于密封剂的密封作用，零件夹层不会发生防腐剂渗漏。尤其填角密封合格的情况下，即使不做贴合面密封也不会发生 任何渗漏。因此，从密封影响因素分析，填角密封的质量对防腐剂渗漏的影响大于贴合面密封。

根据实际现场拆钉情况比较可得，对于未使用密封胶区域，尤其未使用填角密封的区域，防腐剂渗漏途径如图9所示，渗漏经由夹层和钉杆与孔内壁，渗漏至钉头处。紧固件镦头与零件贴合紧密不发生渗漏。

图9 铆钉渗漏途径示意

2.4 充压因素

对封闭曲面蒙皮盒体结构充压至等同飞机所承受的压力，并保压一定时间，重复3次。通过分解两套试验件后，发现封闭曲面蒙皮盒体结构虽进行了充压保压，因做了填角密封，相关区域无明显渗漏，而平面蒙皮开敞盒体结构因无填角密封，渗漏情况较为严重。因此，充压因素对防腐剂渗漏影响较小。

4 总结

由试验件情况分析可知，防腐剂渗漏并非单一成因，而是多种因素导致，主要包括密封因素，铆钉成形因素：

（1）密封因素最为关键，尤以填角密封更为重要，未做填角密封的区域比做填角密封的区域防腐剂更容易渗漏；

（2）铆钉成形不是均匀膨胀的，顶杆靠近墩头尺寸会大于顶杆靠近钉头尺寸，不能保证完全填满铆钉孔，按实际情况仍存在间隙可能；

（3）故渗漏现象不是从镦头处开始渗漏，而是从夹层中间渗漏，尤其针对未做填角密封的区域，零件贴合面越窄的越容易发生渗漏；

（4）贴合面密封与非贴合面密封交界处更容易防腐剂更容易渗漏；

航空用防腐剂是一种渗透性极强的化学品，本身作用就用于填满不可避免的微小间隙，从而达到隔绝空气水分或者其他腐蚀来源的作用。但是，防腐剂不应作为保障飞机防腐的最后一道屏障，对于飞机上的防腐工作，每一种防腐措施都应该高质量、高标准地发挥应有的作用。因此，飞机制造装配过程中，不仅需要严格控制铆钉验收标准，同时需要严格控制防腐密封的施工，尤其需要做好填角密封，在不能一次做完填角密封的区域需要铲除留铆区域部分，做好衔接填角密封之间的衔接。只有各项防腐措施相辅相成，才能保证飞机的结构持久安全可靠，才能延长飞机的服役寿命，保障飞机持续的飞行安全。