舰载机三防设计技术研究综述
2021-01-13 11:18:26 作者:李星,王晓慧 来源:北京航空航天大学工程系统工程系 分享至:

 1   国内外现状和发展趋势分析


1  .1  国内外现状

舰载机三防设计是指飞机的防湿热  、盐雾的大

气环境及抗霉菌生长的能力的设计。

我国首支舰载机部队建立于  20世纪      70年代,

飞行员由法国代为培训 ,至   1980 年完成首飞着船目前我国舰载机部队仍以直升机为主 ,担任保卫祖国海上边疆及海上救援的重任    [ 1  ] 。早在二次世界大战期间,美国的海上航空部队就已经无敌于世海上航母几乎可以搭载任何机型的飞机 ,主战机型为 F-14    、F-15   、F-16等。为巩固其强大的军事优势美国已投入研制新型 F-35战斗机,以卓越的性价比代替昂贵的 F/A-22型战斗机     、B-2轰炸机   、A-10打击战斗机等,并逐步替换现役的    F-14   、F-15   、F-16等战机 [ 2 ] 。毫无疑问,在舰载机方面    ,美国领先中国甚至领先世界很大的一段距离 。我国目前尚未有具体针对舰载机三防的标准和规范,     GJB-150     A只对湿热试验有相应的规定,    GJB4 -83中虽对舰载机及设备三防试验作了相应的描述但仍不完善。

1  .2  发展趋势

目前,舰载机的三防设计已经得到了普遍的认同,设计标准普遍以   Mil-std-810     F为蓝本,各国针对自己所处的地理区域特点,制定适应本国舰载机典型工作环境的试验标准及规定 。当前舰载机三防设计的发展趋势是越来越趋向于系统工程的方向  ,从

整个产品寿命周期的角度来进行综合设计 ,同时开展试验剪裁

1  .3  我国舰载机进行三防设计的必要性

湿热 、盐雾和霉菌是我国南方 、沿海和海上的典型气候环境,三者往往同时并存  ,相互作用和影响     。这种环境也是我国舰载机寿命期内遇到的主要作战环境,舰载机在这种环境下能否可靠地工作,很大程度上取决于它对湿热 、盐雾和霉菌环境的适应能力  。海上电子装备的三防性能是整机重要战术指标之一,有特定的技术内容和要求   。例如,美空军总部对沿海基地使用的产品故障调查 、分析结果表明,损坏或故障的产品中  52   %是由环境因素造成的,其中飞机的战术技术明确要求要解决三防问题 。根据这一要求,舰载机的机体结构   、装机的新产品都必须进行 “三防 ”设计和试验评定。

2   盐雾 、霉菌 、湿热环境引起的舰载机失效模式和机理分析

2  .1   防湿热

我国东南沿海和南方是湿热带气候 ,在湿热季节,平均气温高于   25   ℃,日温差最大可达    25   ℃,而平均相对湿度在 80    %以上,有的甚至超过   95   %,因此,湿热对舰载机及机载设备的可靠性具有非常重要的


2  .2   防盐雾

海上盐雾是指由于风浪打水形成的由氯化物和微小液滴所组成的气溶胶体,其主要成分为       NaCl (质量分数为   77   .8 %)和   MgCl2  (质量分数为10    .9  % ) ,其余为少量的  MgSO、CaSO4和其它杂质等      [ 4 ] 。盐雾对舰载机的主要影响是对机体及机载设备的腐蚀。飞机外层主要为铝合金及复合材料,      Cl-半径非常小,只有   0  .18     nm,因而具有非常强的穿透力能够穿过铝合金外层致密的氧化膜。盐雾对飞机及设备的损坏作用主要有两方面,即腐蚀金属和无机材料,提供活性电解质溶液    


2  .3  防霉菌

部分工程师 、设计人员可能对霉菌生长对舰载机可靠性的影响还存在误解 ,认为霉菌生长的影响可以随着新型抗霉材料及新式设计的出现而避免   。事实上,自然界中霉菌种类有大约    10万种,侵袭工业材料的就有  4万多种,而且分布极广     。在环境条件达到适宜它们生长的温度和湿度 (一般温度   24     ~31   ℃,湿度超过    70   %) ,并且提供了足够的营养物质碳源、氮源和无机盐   )时,霉菌的孢子就会开始萌芽和生长 。这些条件,舰载机正常工作的环境都能够提供  。

3   三防环境设计准则研究

3  .1  结构设计

通过上述分析可以看出,优先采用密封性设计,将部件与外界环境隔离是从根本上有效的三防措施。对于舰载机来说,由于本身特性所决定,不可能整体密封,应进行模块化设计,将各结构化单元单独作密封处理后进行组装 。设计中,在满足空气动力学及必要的承重载荷需求前提下 ,零部件在改变形

状和尺寸时应有足够的圆弧过渡 ,棱角和边缘设计成圆角,以避免应力腐蚀和提高镀涂的工艺性,同时满足安全性要求。另外,飞机设计应满足易维护的要求,达到高保障性   、维修性


3  .2    选材

飞机的三防特性很大程度上取决于材料的选取,选择本身耐腐蚀  、抗菌的材料,能够从根本上提高机体的三防水平 。在材料不能满足防护要求时 ,则必须对材料进行相应处理和有效的涂覆保护。舱

室设备及舰载机外壳通常选用耐蚀钢、不锈钢、铝材

等耐大气腐蚀的材料  [ 5  ] 。银具有良好的耐蚀性及抗菌性,但价格昂贵,可用作关键部件及连接件         [ 6 ]复合材料及塑料在机体中所占比例越来越大 ,其本身通常具有良好的耐蚀性。由于本身能提供霉菌生长所需的碳源和氮源,易促使霉菌生长   ,同样,舰载机中使用的部分有机涂料亦容易受到霉菌的感染 ,故应加入防霉剂。另外,有机材料散发出来的低分子脂肪酸 、醛类 、氨类和酚类的气氛的积累 ,会对金属及镀层造成腐蚀。选用复合材料等非金属材料时,不但要注意其抗霉性能,而且要考虑材料所散发的气体对镀层和金属的影响 。

3  .3  工艺设计

材料的加工工艺已经比较成熟 ,这里的工艺设计主要考虑材料表面涂层的涂覆工艺 ,包括表面清洗 、涂覆配方 、喷涂等 。下面是表面清洗应遵守的几个原则

1) 所选用的清洗程序的适用性  、必要性及效率必须由通过抗湿热 、霉菌和盐雾试验的能力来决定  。

2) 应该由材料表面的污染物来决定所选用的清洗溶剂,在特殊情况下包括选用超声波方法来清洗  。

3) 必须保证使用的溶剂对结构材料保持惰性,这样基体材料的表面特性才不会被破坏    。注意不要对反应活性较大的材料 ,例如塑料  、合成橡胶   、清漆 、油漆等造成损害  。

4) 必须解决活动件的润滑问题 ,凹陷部位中的剩余成分 、空隙部分的腐蚀问题[ 3  ]

涂覆配方应根据不同的环境条件及零件使用的特性进行选择 。

金属表面镀涂防蚀层的原则 :在钢制零件上通常选择镀锌 、镉,而在铝制构件上一般进行表面氧化 、化学镀镍以提高防护的能力 ;对于需要进行装饰加工的零件,同时为了防止金属构件在各种环境的使用条件下腐蚀而进行防护装饰性镀覆 ,可镀上多层光亮铬 ;对需要某些特性或用于防止它受环境条件的影响的金属构件进行特种镀覆,如镀金,以提高零件表面的导电率,增加防护能力  。此外,选择镀覆时应慎重考虑零件与零件之间,镀层金属与基体金属之间的接触电化偶[ 7  ]

有机涂料涂覆使用最广泛的是表面油漆 ,选择时除考虑耐磨 、抗蚀性外,还应注意其抗霉性   。喷涂工艺可使表面防护层均匀美观 ,但须注意将喷涂表面清洗干净,并根据需要选择合适的稀释剂。因部分涂料会挥发出爆炸性气体  ,故烘箱温度不宜太高 。另外,对不需喷涂的部位要做好保护  

4   结  语

舰载机三防设计已经得到了普遍的认同 ,从系统工程的角度,考虑产品整个寿命周期进行三防设计是未来发展的趋势。舰载机产品必须通过三防试验验证。我国舰载机三防设计与世界先进国家仍存在很大差距,试验标准的制定   、验证仍不完善 ,需要进一步从实践中归纳总结,同时开展试验剪裁 

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