民用客机舱内地板的防腐蚀设计

孙健宇

(上海飞机设计研究院结构设计研究部,上海 201210)

民用客机舱内地板的防腐蚀设计

孙健宇

(上海飞机设计研究院结构设计研究部,上海 201210)

民用飞机舱内地板是飞机机体内的腐蚀严重区域,需要进行专门的防腐蚀设计。首先需要采用耐腐蚀性能优良的材料,并且要易于更换和维护。其次地板零件自身要实施合理的表面防护体系包括阳极氧化层和有机漆层,在此基础上还要利用液态密封剂和固体密封带对整个地板装配件建立完整的密封系统。

舱内地板 防腐蚀设计 异电位腐蚀

现代民用客机要在各种环境条件下进行飞行,包括潮湿、海洋、工业大气等自然环境和机上人为环境。在这些环境中,腐蚀是引起飞机结构损坏的一个重要原因,轻则会降低飞机的出勤率、缩短飞机使用寿命,重则会导致结构件断裂破坏,造成机毁人亡的空难事故。对飞机的防腐蚀与表面保护设计是现代飞机设计的重要内容。

民用客机的客舱与货舱用来装载乘客、货物、设备及其它有效载荷。客舱与货舱地板是主要支撑结构。飞机舱内环境有以下特点。

(1)当地面温度高、湿度大时,飞机舱内会聚集大量水气。飞机起飞后,舱内温度降低而形成大量冷凝水长时间聚集在客舱地板及其它结构件死角里,构成严重的腐蚀环境。

(2)客舱内厨房和盥洗室内的污水经常会溅泼到舱壁和地板上。客舱内乘客饮用水、乘务员的服务用水也很容易溅漏到地板表面。有时也会渗漏到地板结构以下,与内部机械系统挥发出的油气相结合,形成粘性腐蚀物。货舱内空运的牲畜、海鲜食品或化学物品,也会产生大量的积液与污染物,有较强的腐蚀作用。

飞机的舱内地板是飞机机体内的严重腐蚀区域。舱内地板结构零部件在其设计、制造和使用维护阶段需要进行合理的腐蚀防护与控制。而设计阶段的腐蚀控制是重中之重,对于从源头上解决飞机舱内的腐蚀问题,意义十分重大。

1 客货舱地板结构形式的设计

飞机舱内地板零件分为：地板面板和地板骨架。地板面板材料一般采用玻璃纤维蜂窝夹芯板。这种材料上下面层是玻璃纤维增强带环氧树脂面层;中央为芳纶蜂窝夹芯。其具有较轻的重量、较高的比强度和防磨性能。面板的四周需要通过低密度环氧密封胶封边,防止水、粉尘等杂质进入蜂窝夹芯。目前也可以采用自身防水的聚四氟乙烯密封带进行包边。

面板安装在座椅滑轨梁上,并且通过可拆卸螺栓连接。飞机服役过程中,若其中某块面板遭受腐蚀等破坏,可以随时跟换新的全尺寸面板。面板一般以座椅滑轨作为界线进行分块,每块面板是长条状,尺寸大小适合一个人轻易搬动。

地板骨架包括座椅滑轨和地板横梁。座椅滑轨一般采用超硬铝合金型材,具有较高的断裂韧性和优良的抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀性能。座椅滑轨沿纵向进行分段,每一段长度约2000mm,通过可拆卸的螺栓连接在地板横梁上,便于在磨损和腐蚀后进行维修和更换。

2 舱内地板零件的表面防护

民用飞机客舱地板最典型的表面防护体系是采用铬酸阳极化原理：在铬酸电解液的环境中,铝合金基体作为阳极被氧化而在表面生成的厚而坚硬的氧化膜,从而保护基体金属。层厚一般在40-60μm,具有较高的硬度(显微硬度2450Mpa)、良好的耐磨性、耐热性和电绝缘性。铬酸阳极化膜层对材料疲劳性能、零件尺寸及表面粗糙度的影响都很小且与油漆的结合力很强。此外铬酸阳极化膜层能显现一般探伤法无法探测到的材料缺陷,有利于零件表面的无损检测。

在铬酸阳极化层外,还要涂覆有机漆层。有机漆层的主要成分是成膜树脂基料、颜料和填料。有机涂层能使零件表面与外界环境隔离,阻止腐蚀侵蚀,同时保护阳极化膜层。另外还有耐热、标志、装饰和绝缘等作用。地板结构零件典型的有机漆层是耐流体环氧底漆和防腐蚀抑制面漆。

3 舱内地板组件的密封系统

除了每个单独的零件自身要做好表面防护体系,对于地板结构组件,还需要采用合适的密封技术,建立完善的密封系统,才能显著的达到腐蚀防护的目地。

舱内地板结构广泛采用铆接、螺栓连接,产生大量缝隙和潜在的液体滞留区。密封技术的主要原理就是利用各种密封剂或密封垫片消除装配组件中的缝隙,防止腐蚀介质渗入,将受保护零件与腐蚀环境隔离、阻断异电位零件接触。

地板异电位金属零件之间的装配连接应采用贴合面密封和填角密封,对于不可拆卸的紧固件应采用密封剂湿安装。玻璃纤维面板之间的缝隙以及面板和滑轨之间的缝隙都需要填涂密封剂,避免产生积水区。玻璃纤维面板和金属滑轨梁的水平贴合面上要布置密封带,避免液体从水平贴合面的缝隙中流入地板下部,同时也防止玻璃纤维和金属两种材料发生异电位腐蚀。

玻璃纤维面板需要通过十字槽螺栓与滑轨梁连接。十字槽螺栓不能直接穿过面板蜂窝芯,而要在面板里安装钢制螺栓套。螺栓套是预先通过灌封密封胶埋入面板的蜂窝夹芯层中,一般为永久性安装。由于地板面板需要频繁拆卸,故面板螺栓不能通过密封剂湿安装,否则拆卸很困难。一般的方法是采用聚四氟乙烯密封圈替代液态密封剂。另外,钢制弹簧夹螺母(便于单面施工)不能直接夹持在铝制滑轨上,需要在两者中间增加聚四氟乙烯密封贴合带,防止异电位腐蚀。

4 结语

近年来,与腐蚀相关的民航客机修理成本一直占据航空公司维护成本的绝大部分,高额的维护费用要求飞机在设计、制造和使用过程中采用腐蚀预防和控制的新技术。客、货舱地板是飞机机体内部腐蚀严重的零部件,其腐蚀防护设计方法具有典型性和普遍性,对飞机及其它工业产品零部件的防腐蚀设计也具有很好的借鉴和指导意义。本文所述飞机舱内地板零部件的防腐蚀设计方法主要包括：一、合理选材;二、零部件结构形式的合理设计;三、零部件的表面防护涂层;四、装配件的密封保护系统。

[1]《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册第10册[M].北京：航空工业出版社,2000.

[2](美)牛春匀.实用飞机结构工程设计[M].北京：航空工业出版社,2008.

[3]运输类飞机适航标准.中国民用航空规章,第25部,CCAR-25-R3.中国民航总局,2001.5.

[4]朱日彰,等.《金属腐蚀学》.冶金工业出版社,1989.5.

[5]涂湘缃.《实用防腐蚀工程施工手册》.化学工业出版社,2000.4.