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造成飞机腐蚀的因素和机身内部腐蚀分区

2022-06-08

飞机材料一旦出现腐蚀问题,不仅会对飞机本身性能的发挥造成阻碍,严重时甚至会对人民的生命以及财产安全造成巨大的损失。腐蚀问题是材料与环境发生作用的表面现象,电化学腐蚀发生在固体材料与电解质溶液中的固液界面,化学腐蚀发生在固体材料与周围气体环境的固气界面。因此系统全面地分析一个腐蚀问题,一方面要具体分析材料的本身特性,即内在各个因素;另一方面要全面分析周围的环境,以及环境中的介质及其存在的状态,即腐蚀的外在因素。


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造成飞机腐蚀的因素

飞机的腐蚀是由多方面原因造成的。它主要受大气条件和运行环境的影响,涉及到温度、湿度、氧化、有害气体、化学物质等多种因素。这些环境因素对飞机遭受腐蚀的易感性起着主要作用。而且,往往是多种因素组合作用的结果。 

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大气和气候
大气和气候典型的影响因素有以下几种:
(1) 海洋性气候。大气中含有高浓度的盐粒或盐雾,影响因素还涉及到距海面的高度、风速、雨量、温度等。
(2) 大气污染。指工业排气污染(如二氧化硫)及各种有害物质和气体等。
(3) 雨天。雨水与氧气或其他化学成分与金属表面接触产生化学作用,造成腐蚀。
(4) 湿度。相对湿度大的空气会产生吸附在金属表面的水膜,造成腐蚀。
(5) 高温地区。一方面热空气的腐蚀速度比冷空气大;另一方面,热冷变化使金属表面产生水汽凝结,高温高湿则影响更大。
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运行环境
由于飞机的运行航程远、跨距大、装载频繁,所以遭受腐蚀影响的环境介质因素较多。最主要的运行环境影响因素有以下几个方面:
(1) 跑道构造。路面铺设的材料选择,砂砾灰尘的多少,路面的污物或玻璃等有害物质。
(2) 跑道污染。指使用化学物质清除跑道的积雪或冰后,遗留下的有害污染物质。
(3) 运行高度。飞机处于低高度环境时间越长,飞机腐蚀越严重。如小型训练飞机,飞行超低空科目时,就会受到这种影响。
(4) 站间行程。飞机起降站间的行程大小,将影响到油箱中燃料凝集的时间和状况,从而影响到微生物在油箱中的生长情况。
(5) 运载货物的类型。例如,活的动物、海洋食物和化学物品等,会直接污染飞机而造成腐蚀。
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维护不当
如用飞机清洗剂清洁飞机不够彻底,或飞机燃油和润滑油溢出,飞机装载海洋性物质后存在遗留物,飞机厕所清洁剂清洁不彻底等,都会使飞机产生腐蚀。

机身内部腐蚀分区

飞机机身结构防腐蚀设计时,首先需要对机身内部区域进行腐蚀分区,便于对不同的腐蚀区域采取合适的防腐蚀措施。
腐蚀分区的第一步是对参考机型在役飞机的腐蚀情况进行统计,根据统计结果对机身内部区域进行腐蚀分区。目前参考机型主要包括波音、空客等主流机型;腐蚀数据主要来源于维修基地定检时的腐蚀维修记录,以及航线常规性例行检查中发现的腐蚀记录。以计数的方法统计腐蚀区域的腐蚀频率,确定易腐蚀区、较易腐蚀区和一般腐蚀区。
腐蚀分区的第二步是基于腐蚀影响因素进行环境分区。飞机金属结构部件的腐蚀风险取决于该部件所处的环境条件。一般根据区域内水及各种液体积聚的概率、区域的可接近性和损伤风险,将环境条件分为以下三类:


A类:


接触空气,通常为干区且易接近的区域;



B类:


接触燃油的区域;



C类:


易接触液压油、厕所或厨房液体、润滑剂污染的区域;

容易生成或聚集冷凝水、液体的区域;

难以接近,以及具有很高的意外损伤风险区域。

C类区域可进一步细分为:

 C1类:接触水、湿气,偶然接触其他液体的区域,且具有很高的意外损伤风险区域;

② C2-1类:接触水、湿气,经常接触其他液体的区域;

③ C2-2类:接触水、湿气,其他液体易积存且难以接近的区域。

环境类别仅适用于飞机的内部部件,这些部件在飞行过程中从外部看不到,包括整流罩覆盖的区域。典型民机机身内部环境类别划分如图1所示。

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图1 典型民机机身内部区域环境类别

腐蚀分区的第三步是基于结构重要性进行区域分区,分成重要、较重要、一般部件三个等级。对安全性有重要影响的部件,需提高腐蚀分区等级,加强防护措施。对于机身一些重要结构部件,一旦腐蚀,将导致产品不能完成主要任务,危及人身安全等危险,需定义为重度腐蚀区,比如龙骨梁结构。

综合上述民机腐蚀分区的三步法,可按照表1的分析步骤,将全机分为轻度腐蚀区、中度腐蚀区以及重度腐蚀区。由于机身内冷凝水线以下区域,机身内壁形成液膜的概率较大,因此冷凝水线以下的区域被定义为中度及重度腐蚀区。冷凝水线的位置可能因为机型不同而不同,典型民机机身内部壁板腐蚀分区示意如图2所示,典型民机机身内部框截面腐蚀分区示意如图3所示。

表1 腐蚀分区过程表

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图2 典型民机机身内部壁板腐蚀分区示意

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图3 典型民机机身内部框截面腐蚀分区示意


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