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海洋環境下飛機的腐蝕防護與控制體系

發布時間:2022.08.22    點擊數: 2177

導讀:

本文從管理、技術、標準、試驗等方面系統介紹了海洋環境下飛機腐蝕防護與控制的現狀,分析了國內外存在的差距,并提出了一系列措施,以推動我國飛機全壽命期的腐蝕防護與控制體系的建立以及防腐技術水平的提升。

現狀

一、型號腐蝕防護與控制管理體系

隨著裝備“適海性”要求的提出,自2014年,我國在型號研制中陸續設立了腐蝕專業并列為關鍵技術,明確了型號全壽命期、全系統腐蝕防護與控制工作內容,初步建立了涵蓋頂層要求、過程管理、細節設計、分析、試驗、生產制造及使用維護的腐蝕防護與控制設計及管理體系,強化型號腐蝕專業任務分解及流程管控;按照飛機結構特點和局部環境嚴酷性等級,進行精細化防腐蝕設計,并實現了部分高性能涂層及耐蝕材料的工程化應用;針對海洋特殊的服役環境,首次對機載設備開展了腐蝕防護設計,基于機載產品安裝環境及嚴酷性等級,制定了一套新的腐蝕環境試驗技術標準;針對涉及生產制造的各環節提出腐蝕防護與控制要求,并從頂層工藝文件、制造指令文件、制造現場三方面進行符合性審查,確保了設計措施的落地。

 

二、防腐技術體系

近年來國內開展了飛機結構抗腐蝕綜合設計、腐蝕防護體系、環境譜編制、腐蝕損傷評估、腐蝕維修等技術研究,以及新一代飛機結構抗腐蝕設計、飛機腐蝕損傷評估、護航直升機防腐蝕維護、飛機高效抗腐蝕防護體系等技術研究。為飛機在全壽命期內實現腐蝕防護與控制提供了設計技術方法,形成了腐蝕損傷評估分析和加速試驗的技術基礎,初步構建了涵蓋使用環境評定、表面防護技術、抗腐蝕設計、腐蝕損傷分析與驗證、腐蝕損傷維修的航空裝備腐蝕防護與控制技術體系,如圖1所示。

       在使用環境評定方面,開展了基本環境譜編制技術及環境譜當量化技術研究,累積了北部海域、東部海域、南部海域等地區五年以上的腐蝕環境數據,編制了針對不同使用模式的多個飛機的基本環境譜和試驗加速譜,并依此進行實驗室加速腐蝕試驗工作。

       在表面防護技術方面,高速火焰噴涂、微弧氧化、電泳涂裝、離子鍍鋁等一批新型防腐工藝研究取得突破,部分工藝已在新研裝備上開展了工程應用,研制的高性能防腐蝕涂料、低密度密封劑、潤滑材料等防腐材料已在新研裝備上開展應用。在抗腐蝕設計技術方面,新研飛機型號上開展了防腐蝕材料選用、防腐蝕密封設計、通風排水設計、防腐蝕裝配等技術應用,選用的材料體系已部分替換為耐蝕性更高的材料。在腐蝕損傷分析與驗證方面,開展了腐蝕損傷評估及防護技術、多位腐蝕損傷評估技術、典型組合件腐蝕損傷評估技術、選擇性增強結構腐蝕損傷評估技術等研究,相關成果在型號日歷壽命評估中得到了應用。在腐蝕損傷維修方面,開展了腐蝕在線監測、腐蝕損傷復合材料修補等技術研究,并取得了一定成果,開發了清洗劑、緩蝕劑等飛機日常維護用品,并在部分型號上開展了工程應用。

 

三、標準體系

       在標準方面,近年來,國內以航空工業605所為主對現行的航空裝備腐蝕防護與控制相關標/規范進行了體系化梳理,構建了涵蓋頂層設計管理、材料、標準件、結構設計、表面處理及質量控制、涂層及質量控制、環境及試驗、生產制造工藝、使用維護相關標準/規范等的腐蝕防護與控制標準體系,如圖2所示

 

四、試驗考核體系
       近年來,航空裝備的腐蝕防護試驗方法和配套的試驗能力取得了較大突破,可初步滿足飛機的腐蝕防護評估工作,主要體現在:一是制定了可涵蓋“低氣壓、高溫、低溫、溫度沖擊、溫度—高度、太陽輻射、紫外老化、濕熱、霉菌、鹽霧、砂塵、周浸、振動、酸性大氣”等十五項單一環境要素的試驗標準,包括有:GJB 150A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法》、GJB 74.6-1985《軍用地面雷達通用技術條件環境條件要求和試驗方法》、GJB 8709-2015《火箭炮試驗方法》等十余項標準,可有效指導飛機金屬材料、非金屬材料、電子元器件等防腐工藝缺陷篩選試驗;二是以型號壽命評估需求為牽引,制定了多個飛機型號的加速腐蝕試驗方法,有效的支撐了飛機的壽命評估;三是基于“積木式”(材料-典型件-部件-系統)試驗理念,結合近年來飛機服役模式的改變,初步搭建了大部件、大系統腐蝕環境-功能試驗方法,可對裝備部件或系統結構的材料、表面鍍層、表面防護體系、裝配設計、結構設計、運動、功能等進行全面、多方位環境適應性考核,并通過對部件或系統的姿態、功能進行模擬設計,可真實反映環境對部件或系統的影響;四是針對裝備由內陸逐漸轉向沿海、島礁的環境需求,打破了機載設備原有的“三防”試驗要求,制定了新的指標要求,并引入了酸性鹽霧的考核項目。

 

存在問題

一、腐蝕防護與控制管理體系

       美國國防部為了加強飛機的腐蝕防護與控制管控,明確了國防部、各軍種、工業部門各級管理機構的職責,并成立腐蝕政策與監督辦公室,負責確定腐蝕預防工作的需求和目標,制定腐蝕預防與控制策略,并監督這些策略的實施,形成了一套貫穿裝備全壽命期的管理體系,如圖3所示。

相比國外,國內飛機腐蝕防護與控制在管理上還有一定差距,沒有建立專門的腐蝕防護管理體系,現有體系缺乏針對防腐工作的頂層策劃,資源不能統一使用,各主機及設備廠尚未具備腐蝕防護系統工程的理念,對腐蝕防護的重視程度不夠,型號設計師系統基本未設立獨立的腐蝕專業;航空業內尚未形成統一的航空裝備腐蝕防護與控制管理流程,腐蝕防護涉及專業繁多,無法有效實現設計、制造、使用維護之間的協調暢通;型號研制過程中未設立專業的腐蝕監督及咨詢機構,對腐蝕防護設計的科學性、合理性把關不足。

 

二、腐蝕防護與控制設計體系

       美國經過多年的頂層規劃和各軍種經驗,形成了一套貫穿裝備全壽命期的腐蝕防護與控制設計體系,對于裝備研制階段、定型階段、服役階段和服役后期各階段的腐蝕工作均由明確部署和安排,如圖4所示。

 

        國內目前由于尚未形成統一的腐蝕防護與控制設計體系,設計階段、制造階段、使用維護各階段的工作目標和內容尚不明確,新的使用環境/使用模式理念未深入貫徹,存在防腐蝕設計不全面、防腐技術及材料未能廣泛應用、試驗驗證與鑒定要求不統一、維護措施不系統等問題。大多主機廠所和設備廠家不重視機載設備的腐蝕防護,很多設計方法沿用于陸基型號,環境要求不統一、環境試驗驗證不充分,產品故障率高;缺少對于生產制造過程的腐蝕管控,因制造導致的腐蝕問題頻發;缺少裝備腐蝕防控的定量技術指標,在試驗鑒定環節未設置腐蝕試驗進行考核評估。

 

三、防腐技術體系

       國內在結構腐蝕防護與控制技術方面開展了較系統研究,但適用于特殊環境、特殊功能的防護材料及工藝仍存在短板,海洋環境下航空裝備及地面設備涂層老化、涂層下基體腐蝕等問題突出,裝設備停放及儲存期間缺乏有效防護,燃油箱、機體內部結構、機載成附件等霉菌腐蝕問題頻發,運動機構因腐蝕磨損而發生卡滯、功能失效;腐蝕損傷預測及分析技術尚處于基礎研究階段,綜合腐蝕環境要素試驗方法及部件/系統的腐蝕環境-載荷/功能試驗方法還未形成標準;適應當前使用環境和任務模式的腐蝕損傷檢測技術及維護技術較為薄弱,尤其是腐蝕損傷檢測方面,目前仍以目視檢查為主,缺乏對隱蔽腐蝕的快速檢測技術。

機載設備受高溫、高濕、高鹽霧等惡劣海洋環境的侵蝕作用,電子設備機箱機柜、設備殼體、電纜及電連接器等出現大量腐蝕,導致故障頻發、維修成本劇增。在部分新型號的研制工作中,開展了腐蝕防護與控制設計研究工作,初步建立了一套腐蝕環境技術標準,但是,目前機載設備的腐蝕防護設計技術、試驗標準遠不能滿足新環境/任務模式下的機載設備腐蝕防護控制需求,在役裝備基本沒有開展機載設備的腐蝕防護與控制工作。

 

四、試驗考核與標準體系

       飛機腐蝕防護試驗方法目前還存在不統一、不完善的問題,仍需進一步規范的地方,主要體現在:一是GJB 150A、GJB 4、GJB 349、GJB 2502.5等腐蝕環境試驗標準已經不能滿足飛機南部海洋島礁使用的模式需求,需要進一步校訂后重新發布;二是加速腐蝕試驗方法和大部件、大系統腐蝕環境-功能試驗方法的編制、試驗程序、試驗判據等還未形成標準,仍是各個飛機自成一套理論;三是腐蝕防護鑒定試驗標準還未制定,考核判據沒有明確;四是還未建立機載設備“積木式+全壽命期”兩個維度的腐蝕環境適應性評價指標體系,尤其是對尚不成熟的或特殊部位/設備產品,急需形成規范和實施指南。

 

措施及建議

一、構建腐蝕防護管理與設計體系

      基于國內現狀,借鑒國外先進經驗,貫徹腐蝕系統工程理念,建立飛機全壽命期的腐蝕防護與控制管理體系,從頂層明確各階段的腐蝕防護與控制管控要求,制定暢通、有效的腐蝕防護與控制技術決策、技術協調和監督管控流程,規范研制各個階段中的腐蝕防護與控制設計、分析、試驗、工藝、管理工作。同時推動以機關抓總,各承制單位參與的飛機腐蝕防護與控制組織機構,作為飛機腐蝕防護與控制工作的咨詢、監督和檢查機構,確保腐蝕防護性能滿足研制總要求,并以服役環境嚴酷的新研型號為試點進行推廣。

 

二、專項突破提升防腐技術水平

       針對飛機使用中已暴露的腐蝕問題,基于腐蝕防護與控制技術體系,結合未來新環境/新使用模式下飛機的使用需求,從提升飛機的完整性,任務出勤率出發,按輕重緩急的基本思路,優先解決當前影響飛機使用及安全的緊迫問題,開展飛機儲存用新型防腐保護膜、富鋁涂層、綜合性防霉除霉技術等基礎技術研究,突破機載設備防腐蝕專項技術瓶頸,針對飛機腐蝕損傷檢測、特殊環境下的腐蝕控制及預防、腐蝕數字化仿真模擬、腐蝕智能化專家診斷評估、自潤滑防腐蝕等關鍵技術進行重點研究,取得理論和應用突破。

 

三、加快完善腐蝕防護試驗考核體系和標準體系

       針對多環境要素耦合條件下的腐蝕環境-功能的試驗評價、鑒定體系不完善,試驗評價、鑒定標準體系發展滯后現狀,緊密結合海洋背景飛機研制過程中環境適應性需求,分析飛機部件/系統所處真實環境特點,明確關鍵考核要素、考核方法、考核指標,改變以往以單一環境要素考核結構、機載設備的不合理現狀,形成與現階段及未來飛機使用需求相匹配的,覆蓋材料、典型件、部件、系統的單一環境要素和多環境要素評價、鑒定標準。以部分型號為試點,將部件/系統在多環境要素耦合條件下的環境-載荷/運動/功能試驗納入鑒定試驗范疇,提高飛機的環境適應性,也為型號日歷壽命評定提供依據。

結束語

      “十四五”時期是我國戰略轉型、由淺藍走向深藍的關鍵階段,新的使用環境及使用模式將給飛機的腐蝕防護與控制能力提出更高的要求。本文總結了飛機腐蝕防護與控制的現狀,分析了存在問題及原因,從體系建設方面提出了措施及建議,以推動我國飛機腐蝕防護與控制體系的構建和關鍵技術的突破。

 

作者:馬紅星,劉成臣,劉元海,何衛平

來源:環境技術

 

 

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