飞机密封结构的研究

飞机密封结构的研究摘要：密封结构广泛的存在于飞机的各个系统中，密封剂的研究是我国航空领域的薄弱环节。通过查阅资料对飞机密封结构进行全面的了解，对结构油箱检测内漏点、外漏点的方法进行分析，从而比较得出一种较好的检测方法——氦气检漏法。关键词：密封结构；结构油箱；腐蚀；渗漏引言民用飞机的发展为人类提供了便利，而飞机结构的密封为飞行人员的生存、结构的耐久和燃油的储放提供了保障。在现代飞机制造中随着技术要求的不断提高，飞机结构的密封问题也显得尤为重要。在航空系统中因密封失效造成的故障约占整机故障的40%[1]。飞机密封技术的概述飞机的密封结构分为气体密封结构和液体密封结构具体的密封结构有：飞机舱门密封结构、飞机前沿缝翼密封结构、整体油箱密封结构、增压仓密封结构等，其中结构油箱属于液体密封结构。对于密封结构损伤的修理在保证其密封性的前提下，还要保证修理的强度、刚度等性能。飞机结构的密封方法有很多，而不同的部位采用的方法也不同，采用液态密封胶进行涂胶密封最为普遍。在航空工业中，密封的材料主要有：硅胶密封剂、聚硫橡胶、聚胺脂等。硅胶密封剂具有耐辐射、耐高低温、无毒、无污染等性能，广泛应用于各种密封舱的密封[2]。聚硫橡胶具有良好的耐油性，主要运用于机翼和机身整体油箱的密封。聚胺脂具有良好的超低温性能，主要用于飞机窗门、座舱等元件的密封。飞机密封结构维修的重要性飞机的密封结构都有其严格的密封性要求，若密封结构发生严重的漏油或漏气现象将会危及飞行安全，甚至会导致飞行故障。飞机是一个复杂的系统，它的零件常常数以万计，当然密封结构也相当多，如：结构油箱、飞机前沿缝翼密封结构、增压仓密封结构等[3]。国内外现状国外密封剂向着耐油系统方向发展主要采用氟、氟硅、氟醚橡胶、乙丙橡胶和全氟醚橡胶。外露的系统主要采用乙丙橡胶和有机硅橡胶；动密封主要采用具有导热性能和低摩擦系数的橡胶；静密封主要采用具有在低温下有高度的灵活性和可压缩变形的橡胶[4]。在整体油箱上主要采用含氟密封胶和聚硫代醚密封剂。在电子设备上主要采用氟硅和有机硅密封剂[5]。第二次世界大战时期，美国、前苏联和德国开始合成橡胶的研究并在其后30年的冷战对抗级宇航等尖端工业的发展[6]。发动机功率加大，飞机的速度提高，系统的温度增加原用的氯丁等橡胶已无法胜任高温油介质的密封。从而促使一批耐高温、多功能、长寿命的弹性体相继诞生[6]。1958年，美、苏等国开始了氟碳弹性体的研究，在近30年的研究路上，含氟弹性体取的了飞跃性的发展[7]。在此期间研制出了普通氟橡胶、氟醚橡胶、全氟醚橡胶、有机硅橡胶等。目前我国航空密封剂和橡胶的发展与国外还有一定的差距。50年代研制的部分材料任在部分飞机上使用，因此密封剂的发展应重点加强硅、氟硅、全氟醚等方面的研究。此外国内应加强功能型特种橡胶和密封剂基础研究和材料研制。当然我国经过几十年的发展，在密封材料及制品方面也取得了巨大的进步。我国自主开发研制的高性能密封材料，已在航空、航天、兵器等多个方面的到了广泛的应用。我国的静密封材料及制品的生产已经达到了很高的水平，为航空航天提供了技术保障，也为民用车辆提供了便利。我相信，再经过十几年的发展，我国的密封材料水平肯定会取得更加优异的成绩，甚至超过一些发达国家。飞机密封结构的密封形式及损伤修理1密封形式飞机上的密封结构包括气体密封结构和液体密封结构。机身增压舱属于气体密封结构，而结构油箱属于液体密封结构。各型飞机的密封结构都有其严格的密封性要求，如果密封结构产生严重漏气或渗油现象，将危及飞行安全。因此，对于密封结构的损伤，必须采用密封修理，除保证修理强度、刚度等性能要求外，还要保证密封结构在使用条件下的密封性[8]。现代飞机的密封形式有很多，并且作用也不同。飞机的密封形式包括：紧固件密封、缝内密封、缝外密封、表面密封、混合密封。混合密封整体油箱的密封2密封材料的种类密封胶：多为稠状，用于刷涂或刮涂。对于双组份以上的密封胶，必须用搅拌机进行混炼。飞机常用的密封胶为XM系列，其中XM-15和XM-22多用于整体油箱的密封，XM-40可用于整体油箱堵缝密封，XM-22E用于整体油箱的隔板密封，DB-XM-1为新型包装的可自行混合注射的密封剂，用于整体油箱渗漏的快速修理[9]。密封胶膜：多为半固体薄片状，可按需要裁剪成一定形状夹在结构之间，主要用于缝内密封[9]。不干性密封胶：如XM-34已用于整体油箱沟槽的注射密封，它能在飞机结构使用寿命内，处于不干，并具有黏性状态。它在高压力推动下可以沿沟槽运动，使之到达需要密封的部位[9]。密封腻子布：是一种将织物浸透密封胶后的片状密封材料[9]。密封腻子：是一种半固体状态的密封剂，用于敷设在结构对缝间隙内或填堵间隙较大而需要密封的地方[9]。3密封材料的技术要求对金属或非金属要有很好的黏合力。具有耐老化性能，要求和飞机有同样长的使用寿命。具有耐侵蚀性。密封胶要有良好的工艺性能。4密封胶的工艺性能流动性：指密封材料自动流淌、填充的能力。堆砌性：指密封材料施工后的定性能力。密封胶在缝外填角、铆钉头堆砌时，要有良好的堆砌性能。可刮涂性：指密封胶用刮板刮涂的性能。可注射性：指注胶枪在一定的压力下注射性能（一般为0.5MPa左右）。可喷涂性：指密封胶经有机溶剂稀释后可喷涂的性能。活性期：油称涂敷极限。指密封胶的黏度适于刮涂注射的这段时间[9]。活性期是硫化密封胶涂敷的最长时间，超过此极限，密封胶就会失去流动性。硫化期：指密封胶硫化达到正硫化点的这段时间[9]。储存期：指在规定环境下，密封胶各组分所能存放的期限。密封胶应有较长的储存期，至少半年以上[9]。施工期：又称为装配期限。指密封胶注射刮涂后，仍具有装配、铆接、螺接所必需的可塑性的这段时间。施工期一般为活性期的2～4倍[9]。外部因素对密封胶的影响环境的影响：密封胶的混炼与施工应在清洁的环境中进行，否则影响密封胶的力学性能[10]。温度的影响：合适的混炼与施工温度为(23±5)℃[10]。湿度的影响：合适的混炼与施工湿度为40％～80％[10]。5密封结构修理缝内密封修理对于渗漏范围不大的缝内密封，可增加涂覆缝外密封胶，或同时在外表面的渗漏点附近进行清洗后涂上一层密封胶，然后贴上一层很薄的密封布；如果缝内密封渗漏范围较大，就得将已密封的结构分离，重新清洗，重新涂胶，重新紧固[11]。缝外密封修理对渗漏不大的缝外密封，应加涂密封胶，加大密封胶的涂覆面积，对渗漏范围大的地方，需将原有密封层刮掉，清洗干净，重新涂上密封胶[12]。紧固件密封修理紧固件有不严重的渗漏时，可使用专用的压胶工具从结构外侧钉孔周围间隙注射进密封剂也可以采用缝外密封的同时，向缝隙加注密封胶，以增加其密封性能。结构油箱的损伤及修理现代飞机大多采用结构油箱，它是将机翼内部结构进行密封及防腐等处理后形成油箱，用于储存燃油[13]。油箱是飞机结构的一部分，在其内部常采用紧固件固定、胶接等连接方式，采用密封剂进行密封处理[13]。飞机结构油箱最常见的渗漏部位有油箱口盖、蒙皮接缝、紧固件、翼梁和翼肋连接的转角处等。渗漏原因主要是由于结构变形、振动、高温、燃油浸泡等因素造成密封材料老化、龟裂甚至剥离，失去密封作用。飞机整体油箱出现渗漏，如果需要进行修理，就需要找到渗漏点，才能进行有效的修理。渗漏点分为外漏点和内漏点，外漏点一般比较容易找到，只要将油箱外表面的油液擦干净，仔细观察就可以找到外漏点，从而确定其渗漏等级。油箱的内漏点往往不容易找到，这是因为内漏点不一定与外漏点重合，而且内漏点可能不止一处，可能在外漏点的附近，也可能在离外漏点数米之外的某一处或几处。因此，查找出内漏点是整体油箱渗漏排故的关键。确定油箱渗漏点的方法主要有目视法、增压法、吹气法、吹液法、渗透法、仪器法和氦气法等。一般采用其中一种或两种相结合的方法来查找内、外漏点。查找漏源是结构油箱维修至关重要的一步，也是第一步，而查找的原则是先外后内。氦气查漏法：氦气查漏法是目前唯一能提供所需要的灵敏度和可靠性的查漏方法，相对于以往所使用的方法是一个很大的进步。具体的步骤是：先把油箱内的余油清洁干净，再把漏油处的密封胶除掉。然后在外部漏油区域制作一个压力盒，通过压力盒由外部向油箱内部提供氦气（惰性气体），然后在油箱内部利用探测仪探头进行探测，确定内漏点。（这种方法不适合探测油箱开口周围的燃油渗漏。）氦气查漏法具有其独特的优越性，它所需时间短、成功率高、检查费用低、简化了工作人员的工作步骤。注意事项在维修过程中要严格按照维修手册进行维修。并且需注意以下几点：1、查找漏点时要仔细，必须找出全部漏点；2、在旧胶层处理时铲胶两端要光滑且斜面，内漏点要位于要铲去密封胶的密封面[14]；3、清洗时清洗的范围约为涂胶面积的两倍左右，需用不起毛的布并且确保清洗干净；4、调胶时必须严格按比例进行均匀的调合，注意密封胶是否过期，不要使用过期的胶，不要形成气泡，调胶时必须避免胶中混入任何外来物；5、涂胶时避免产生气泡；6、固化时要注意控制温度，固化的时间是随着温度的变化而变化的，最佳温度为90℉（32℃），切记密封胶的固化温度不得超过120℉[15]。展望在本文对于飞机密封结构损伤的维修技术研究中，由于受到某些因素的制约，有些问题仍然值得后续探讨,如氦气查漏法的研究。本人对于氦气查漏法的前景比较看好，将氦气查漏法与其他方法相结合使用，应该能进一步提供检查效率。随着我国航空工业的飞速发展，对结构油箱的维修技术也要随之发展。个人觉得密封剂及结构油箱维修技术应向着快速维修、不拆卸式快速维修的方向发展。参考文献[1]EvansU.R.,Corros[J].Sci.,1969:813.[2]BrankoSarh,JameButtric,ClaytonMunk,et.al.AircraftManufacturingandAssembly[M].SpringerHandbookofAutomation,2009.[3]宋静波.飞机构造基础[M].北京：航空工业出版社，2004.292～298.[4]牛济泰，张杰，何鹏等.航空航天材料的焊接与胶接[M].北京：国防工业出版社，2012：239～296.[5]KLUEHRL,SHINGLEDECKERJP,SWINDEMANRW,etal.Oxidedispersionstrengthendedsteels:Acomparisonofsomecommercialandexperimentalalloys[J].NuclMater.2005.341(2-3):103-114.[6]陶梅贞.现代飞机结构综合设计[M].陕西：西北工业大学出版社，2007.[7]A.A.Donskoi,N.V.Baritko.Fluorosiloxanesealantsforaviationindustry[J].PolymerScience,SeriesC.2007(59):182-187.[8]刘鸿文．材料力学[M].北京：高等教育出版社，2004.[9]代永朝，郑立胜.飞机结构检修[M].北京：航空工业出版社，2006.194～203.[10]李晓芳，杨晓翔．橡胶材料的超弹性本构模型[J]．弹性体，2005,15（1）：50～58.[11]马启元.飞机结构涂胶密封和液态密封胶的应用技术[J].粘接，1985，6（2）：37～38.[12]杨颖泰，厌氧胶的发展及技术概况[J]．粘接，1985，6（2）：5-9.[13]陈群志，杨蕊琴等.腐蚀条件下新型胶体密封剂对飞机结构材料疲劳性能影响[J].中国表面工程，2012,25（2）：26～30.[14]陈果.航空器检测与诊断技术导论[M].南京：南京航空航天大学，2011.385～393.[15]姬存国.胶体密封防水新技术在飞机结构中的应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011.