民用飞机结构的防腐蚀设计与研究 柳醉【摘 要】航空技术的发展日新月异，民用飞机的设计技术也显得越来越重要，飞机结构的腐蚀损伤不仅会导致结构的强度降低、结构的功能失效，而且会使飞机的使用寿命降低，甚至影响飞行安全。一个成功的机型必须要有优秀的结构防腐蚀设计，本文结合飞机结构的设计过程来探讨民用飞机结构防腐蚀设计的要求及其措施。【关键词】民用飞机；结构；防腐蚀The Design and Research of Corrosion Protection of Civil Aircrafts StructureLIU Zui（Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai 201210，China）【Abstract】The development of aviation technology has highly advanced， the design technology for civil aircraft has also become more and more important.The corrosion damage of aircrafts structure will not only lower the structural strength，lost the structural function， but also reduce the service life of the aircraft， and even lead to loss of safe flight. A successful aircraft must have an excellent design of the structure corrosion protection. According to design procedure of the aircrafts structure， the requirement and programme of the structure corrosion protection has been analyzed and discussed in this article.【Key words】Civil aircraft；Structure；Corrosion protection0 引言對飞机来说，腐蚀是一种隐秘且危险的破坏力，它是飞机结构的主要损伤形式之一，也是导致飞机结构性能弱化的主要因素之一，其对民用飞机的影响更为严重，它会降低飞机的出勤率、大大增加飞机的使用维护成本，甚至会缩短飞机寿命、危及飞行安全。结构的防腐蚀设计需要从设计、制造、使用、维护、退役这样一个全过程来考虑，虽然结构的腐蚀损伤大多发生在使用阶段，但其产生的原因却孕育于设计阶段，因为设计图纸代表了飞机的固有特性，其腐蚀特性一般从图纸上就开始有了；本文来探讨设计阶段的结构防腐蚀设计。1 腐蚀的定义及结构防腐蚀设计的目标以前，腐蚀仅局限于金属腐蚀，后来随着非金属材料的发展，腐蚀的定义也扩展到了非金属，所谓的腐蚀是指一种物质由于环境的作用而发生破坏或变质的现象。从经验来看，造成飞机结构故障的主要原因有疲劳和腐蚀，而疲劳又往往与腐蚀有关，所以飞机结构的防腐蚀设计很重要，中国民航条例CCAR中对飞机结构的腐蚀控制要求比较全面，从零件的结构形式、表面防护到机体内部排水、排液、通风，再到维修性、损伤评定等方面都有适当的要求。由于适航条例大多是基于安全性制定的，故设计时应将适航条例的要求作为结构防腐蚀设计最基本的目标。2 民用飞机的腐蚀环境及腐蚀分类2.1 民用飞机的腐蚀环境根据结构的开敞性及腐蚀介质情况，可将民机的腐蚀环境分为三类：a）与空气/冷凝水接触，易接近的干燥区域；b）可能有燃油泄露的区域；c）易被液压油、润滑油、厨房厕所废液所污染的区域，液体易聚集的区域，不易接近的区域，易受损的区域。其中a类环境相对较好，b类次之，c类则属于环境恶劣的区域。2.2 民用飞机的腐蚀分类飞机腐蚀的类型主要取决于零部件的选材、介质特点和受力状态。飞机结构的主要腐蚀类型有以下几种：点蚀、晶间腐蚀、剥落腐蚀、缝隙腐蚀、接触腐蚀、微动腐蚀、应力腐蚀、氢脆、腐蚀疲劳、微生物腐蚀。例如点蚀是一种在金属上产生针状、点状、小孔状损伤的局部性腐蚀，属于阳极反应的一种，是一种自催化的过程。这些腐蚀类型在飞机结构中较为常见，它们都有可能引发结构破坏或降低设计性能，其中应力腐蚀和腐蚀疲劳造成的影响最为严重，它们直接影响到飞机的使用维护性，甚至飞机寿命。3 基于飞机结构设计的防腐蚀设计3.1 合理的结构形式本文所说的合理的结构形式主要是从防腐蚀角度考虑的。为使飞机有更好的防腐蚀性能，零组件的结构形式应该尽量具备以下几个特点：a）尽量不设计有封闭剖面或近似封闭剖面的零件，当因特殊需求而需采用这样的零件时，应将零件空腔开口处可靠地封闭或密封，并在封闭或密封前进行内表面防腐蚀处理，如无法采取封闭或密封措施，则应当使零件具有便于检查、维护等特点。b）对于复杂的零件，在保证完整性的前提下应当尽量避免在排水路径上设计有较深的槽体结构，避免液体聚集；当因特殊需求而采用此类结构时，应当在槽体内设计通孔，让液体及时流走；图1为某型飞机上典型的盒装零件，因特殊需求而形成了较深的槽体结构，且零件正好布置在机身底部的排水路径上，此槽体内部的肋壁上设计有排水孔。c）在材料和工艺允许的条件下，尽量将零组件结构进行一体化设计，以减少连接件，这样不仅可以减重、提高结构效率，还可以降低腐蚀介质渗入连接缝隙的可能性；图2为飞机蒙皮加强板的结构示意图，该零件在飞机航向上跨越两个隔框，考虑到隔框在蒙皮的纵向对接缝处一般都设计有止裂板，设计时可将加强板和止裂板进行一体化设计。3.2 合理的结构选材设计合理选材能使结构的腐蚀倾向减至最低，这对飞机的安全性、可靠性及低维护、长寿命是十分重要的。材料的特性从根本上决定了结构的耐腐蚀性能，它是防腐蚀设计中最基本的一环。目前飞机上常用的铝合金材料，其密度低、比强度和比刚度较高、抗疲劳性能和耐腐蚀性能也较高，是飞机结构理想的材料。设计时应尽量选用耐点蚀、晶间腐蚀、剥落腐蚀、应力腐蚀等的材料类型和热处理状态。结构钢的耐腐蚀性能较差，但由于其力学性能和工艺性能较好，且价格相对低廉，所以其在飞机材料体系中仍然占有一定的地位；使用结构钢时应尽量选用对点蚀、晶间腐蚀等不敏感的材料类型和热处理方式。相对而言，不锈钢则有较好的抗氧化和耐腐蚀性能，且其耐磨、耐热等性能也很好，故在飞机结构中对耐蚀、耐磨、耐热等有要求的部位使用不锈钢能收到良好的效果。飞机上的非金属结构材料一般都是复合材料，复合材料必须予以保护，以免受到湿气、盐雾、溶剂、辐射等的影响而变质；目前常用的复合材料（如碳纤维等）的耐腐蚀性能较好，应尽量选用韧性好、耐热、耐老化、无毒、与相关材料匹配性好的基体材料。材料的相容性很重要，飞机结构中存在大量相互连接、相互配合，选材时应尽量在同一部位选用相同的材料，以免因电位差引起接触腐蚀，当不可避免的需要选用不同材料时，应选用电位差较小的材料，并在接触面增加隔离密封层，以降低接触腐蚀的速率。4 结论本文从零部件的结构形式、材料选用、表面防护等方面分析和探讨了民用飞机结构设计过程中的防腐蚀设计，从中我们可以发现，优秀的飞机防腐蚀设计对飞机的维护维修性、可靠性、经济性、长寿命等方面都有着非常积极的作用，其设计过程的每一步都需要设计工程师来充分权衡利弊。【参考文献】1飞机设计手册总编委会.飞机设计手册：第10册结构设计M.北京：航空工业出版社，2001.2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中国民用航空局.CCAR25-R4 中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准S. 北京：中国民用航空航空局，2011.endprint -全文完-