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      2. 航空電子設(shè)備腐蝕因素研究的論文

        時間:2024-09-28 05:46:20 電子信息工程畢業(yè)論文 我要投稿
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        航空電子設(shè)備腐蝕因素研究的論文

          摘要:對航空電子設(shè)備腐蝕因素進行了分析,為腐蝕防護設(shè)計提供了依據(jù)和基礎(chǔ)。根據(jù)航空電子設(shè)備的腐蝕失效問題、原防護體系類型及服役環(huán)境特點,從多個角度來分析腐蝕因素,如外部介質(zhì)侵入、內(nèi)部液體泄漏、設(shè)備結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)等,詳細描述了各個因素對航空電子設(shè)備的腐蝕影響。由于使用環(huán)境惡劣等原因,腐蝕介質(zhì)會從多個途徑侵入到航空電子設(shè)備的內(nèi)部并嚴(yán)重影響其性能。為改善新設(shè)計或服役中航空電子設(shè)備的可靠性和可維修性,必須從根源上隔斷腐蝕源頭,無論是減輕環(huán)境的影響,還是加強結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整性。

        航空電子設(shè)備腐蝕因素研究的論文

          關(guān)鍵詞:航空電子設(shè)備;腐蝕;服役環(huán)境

          航空電子設(shè)備在其生產(chǎn)制造、貯存、使用的全壽命期內(nèi)都會經(jīng)受各種環(huán)境因素的作用,各種惡劣環(huán)境對其性能有嚴(yán)重影響,而其性能直接關(guān)系到飛機的使用性能、安全性和可靠性。因此,航空電子設(shè)備都必須保證環(huán)境適應(yīng)性,都要在一定環(huán)境條件下滿足其性能、可靠性、維修性、生存性、電磁兼容性、安全性和保障性等要求[1—4]。航空電子設(shè)備的腐蝕防護與控制是環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的主要內(nèi)容和實施的重要保證措施。

          1腐蝕因素分析

          以上案例說明,液體的侵入是一個重要的腐蝕因素,可以說是根源性問題。液體的侵入包括外部腐蝕環(huán)境引起的鹽霧、濕氣侵入,也包括內(nèi)部燃油、潤滑油等液體介質(zhì)的泄漏等。液體侵入的途徑也是必須考慮的重要腐蝕因素,許多設(shè)計缺陷直接導(dǎo)致液體的侵入,如口蓋的密封失效、通風(fēng)口的換氣操作、空調(diào)系統(tǒng)的冷熱調(diào)節(jié)、設(shè)備吸潮材料的影響、各位置的積水等[5—13]。文中將從這幾個方面對航空電子設(shè)備腐蝕因素進行分析。

          2外部腐蝕環(huán)境的影響嚴(yán)酷的腐蝕

          環(huán)境并不只是作用在機體表面或結(jié)構(gòu)部位,同樣,鹽霧和濕氣會進入到機體內(nèi)部的航空電子設(shè)備區(qū),并因其特殊位置,很難檢查出已經(jīng)導(dǎo)入設(shè)備內(nèi)部的這些液體介質(zhì)。以下列舉了一些典型的腐蝕環(huán)境。航母甲板上的維護作業(yè),口蓋、雷達、艙門和設(shè)備區(qū)的頻繁打開,海水氣氛直接影響到了航空電子設(shè)備的核心部位,且不易排出;飛機或航母排放的二氧化硫在空氣中形成硫酸,滲入設(shè)備中,加速了腐蝕。開啟口蓋時使得頂部的凝露、雨水落到口蓋控制桿、控制面板、控制臺上,腐蝕航空電子設(shè)備內(nèi)部異種金屬連接部位,緊固件連接區(qū)。維護作業(yè)過程中,人為造成的惡劣環(huán)境也會對航空電子設(shè)備產(chǎn)生影響。附件的操作(焊接、噴涂和溶劑清洗)產(chǎn)生的煙和蒸氣均可能引發(fā)腐蝕。工作站的空調(diào)系統(tǒng)會持續(xù)地提供低溫,在工作站中,如果不控制濕度,濕氣冷卻后將會產(chǎn)生冷凝液。飛機低空掠海飛行時處于高濃度鹽霧環(huán)境下,濕氣會滲入飛機中,極易導(dǎo)致電纜、電連接器、天線、雷達、控制開關(guān)、焊接線和電搭接處等零件或部位產(chǎn)生腐蝕問題。直升機海上低空懸停時,旋翼揚起的水汽形成酸性鹽霧包裹著機身,大量的鹽霧甚至海水被卷入到發(fā)動機進氣口中或機身縫隙中,超過機身自排水能力。直升機在執(zhí)行海上救援任務(wù)時,人員、設(shè)備、貨物附著的海水也會進入機艙內(nèi),這些腐蝕性極強的海水在飛機內(nèi)部流動,最后積聚在機身底部,滲入機身底部天線系統(tǒng)或其他電子設(shè)備中。還有飛機停放階段的腐蝕環(huán)境,以及航空電子設(shè)備存儲運輸?shù)母g環(huán)境都是必須考慮的問題。

          3內(nèi)部腐蝕液體介質(zhì)的影響

          內(nèi)部液體介質(zhì)包括燃油、液壓油、潤滑油、電子設(shè)備冷卻液、除冰液、各類內(nèi)部水污染等。這些油脂類介質(zhì)大多會對橡膠產(chǎn)生影響,許多操作性液體還會腐蝕操作設(shè)備的密封,1)發(fā)動機燃油。國內(nèi)常用的發(fā)動機燃油(如3號噴氣燃油)是一種石油蒸餾產(chǎn)物,主要添加了防止結(jié)冰、殺菌劑以及用于改良潤滑的劑料,燃油具有較低的溶解力,會使某些橡膠膨脹變軟,以致失效。2)液壓油。該液壓油是一種從合成烴中提取的防火合成液體介質(zhì),它的存在會降低涂層的粘附性,這類流體介質(zhì)的泄露可能會在電連接器的接觸偶間產(chǎn)生絕緣層,影響電器導(dǎo)通。3)潤滑油。合成航空潤滑油(如國產(chǎn)長城一坪生產(chǎn)的4106號潤滑油)是一種既可用在燃氣輪機(噴氣發(fā)動機),又可用在傳動裝置上的酯類油。這種全合成的油脂對合成橡膠和天然橡膠都有危害。4)電子設(shè)備冷卻液。常用的電子設(shè)備冷卻液是一種硅酸鹽酯類液體,用于冷卻高功率電子設(shè)備。只有異常穩(wěn)定的密封劑,如碳氟化合物密封劑、氟橡膠或聚硫橡膠才可以抵抗該冷卻液。在未完全排除濕氣的電子設(shè)備上使用該冷卻液會造成水污染,最終會使冷卻液患上“黑死病”,這種黑色泡沫狀產(chǎn)物會降低冷卻液的冷卻效果。5)除冰液。屬于異丙醇(MH/T6001—1995《民用航空飛機除冰/防冰液標(biāo)準(zhǔn)》)通常用于飛機的除冰系統(tǒng)中。這種材料基本上對所有的密封材料和機體結(jié)構(gòu)都是安全的,但會影響到電子專用清漆,這類清漆廣泛地使用在各類電子設(shè)備上。異丙醇具有很高的揮發(fā)速率,因此在局部冷卻中促進了冷凝水的產(chǎn)生。6)水污染。多種類型的潮氣(水)會進入機體或設(shè)備,通過如下途徑:雨水、行李架清潔的殘余液體,行駛中進行沖洗操作濺出的水,以及乘客無意灑出的咖啡、飲料、茶水等;盥洗室內(nèi)濺出的尿液,尿液可能通過外部管道進入波導(dǎo)、艙底天線或其他設(shè)備;在潮濕的海洋環(huán)境下,溫度降低造成的水氣凝結(jié),非氣密部件中通常會因為這個現(xiàn)象而產(chǎn)生冷凝水;除濕泵內(nèi)的干燥劑失效,干燥劑吸收空氣中的濕氣直至飽和,溫度上升時會使干燥劑中的水分散出,導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部濕氣的產(chǎn)生。所有侵入的水分會在低點形成水洼,腐蝕無保護的異種金屬連接,影響電連接器的絕緣。

          4結(jié)構(gòu)設(shè)計的腐蝕薄弱環(huán)節(jié)

          1)口蓋與襯墊間的縫隙。一架固定翼飛機有超過200個可拆卸的面板,為了密封,在口蓋和機身間一般配有固定的襯墊。測試中完好的密封效果卻不能保證隨著使用過程一直有效。這些都是潮氣或液體侵入的有效途徑。2)機身撓性變形區(qū)。飛行高度的大范圍變化會造成飛行載荷、氣壓和溫度的循環(huán)變化,引起密封退化問題。現(xiàn)代飛機為滿足高性能,作用在機身的大載荷會引起撓性變形。不論高速固定翼飛機或是高載荷直升機,撓性變形都會使得口蓋、面板、接縫和蒙皮搭接處的密封變差甚至失效。不僅是飛行載荷有可能使密封失效,甚至牽引或是短距離滑行都有可能造成口蓋滲水。3)通風(fēng)口、管道和機身壓力傳感器。機身蒙皮上有多種功能孔,用于通風(fēng)或安裝設(shè)備。機身壓力傳感器需要將外界大氣引入內(nèi)部設(shè)備進行測量,空氣進入機體時會引入相當(dāng)比例的水分和潮氣,需要進行分離或濃縮。通風(fēng)口和管道在非操作周期都是打開的,這樣外部的水分就會凝結(jié)在內(nèi),流入機體。4)雷達天線罩。由于鉸鏈和門閂之間的距離非常長,因此要保持機鼻處巨大的雷達天線罩的密封非常困難,維護時需要多次開合雷達罩也會對密封造成損害,雷達天線艙段內(nèi)的濕氣會隨著溫度變化而形成冷凝液,加上密封困難造成的水氣侵入,大部分飛行器在每次雷達罩開啟后都需要額外的維護。特別是暴露于高鹽分環(huán)境下,設(shè)備表面上會附著大量的鹽霧[14]。5)開啟的舷窗或艙門。不管是在飛行還是在停放時,都經(jīng)常需要開啟直升機的舷窗或艙門,因而直升機的艙段特別容易受液體侵入。在執(zhí)行任務(wù)過程中,比如搜救任務(wù),為保證工作人員的良好視線,通常會開啟舷窗或艙門,而含鹽的水會流入艙底和底部的天線及設(shè)備。直升機夜間飛行時駕駛員通常將側(cè)窗打開以得知是否在側(cè)滑,由于活動的(非密封)舷窗頻繁打開或關(guān)閉的時候有漏洞,因此窗邊的任何設(shè)備都有可能遭受水氣侵入。日常維護中,機艙用淡水沖洗也導(dǎo)致了水分的侵入。有份工程調(diào)查報告說明有些直升機艙底積聚約30cm深的水,這一類型的直升機明顯沒有在艙底設(shè)置排水口的設(shè)計。6)鎂合金雷達部件。出于減重的需要,可能在飛機上使用鎂制部件。據(jù)記錄,海軍飛機使用鎂在不同部件上的應(yīng)用已有多年。一般來說,這種設(shè)計是有缺陷的,因為鎂的性質(zhì)在海洋環(huán)境下非常活潑(不耐腐蝕)。

          5設(shè)備設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)

          侵入機體的液體不會立即從附近排水孔排出而脫離飛機,反而,這些液體會順著線束、液壓管道、操縱鋼索和波導(dǎo)管流動。除了重力會使水流動之外,飛行時的機動、彈射和剎車會使液體順著各種管道運動。在某些情況,液體甚至可以因為毛細作用往上走。多種侵入方式的組合,還有液體會隨著溫度氣壓等的變化蒸發(fā)、冷凝,使得水或其他液體存在于多個系統(tǒng)及部件中。機箱緊固件區(qū)域,液體會積聚在設(shè)備的頂部或是水平表面,上蓋板緊固件周圍的埋頭孔或凹陷都可導(dǎo)致濕氣侵入。一般來說,設(shè)備頂部的緊固件孔都有可能成為液體的侵入點。緊固件孔是在表面陽極化或化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理后再加工,孔周圍極易遭受腐蝕,最終將會導(dǎo)致緊固件區(qū)域的滲漏。樹脂墊圈用于常拆裝的部件的維護,定期維護時的人為損害,因尺寸變化和各種液體、高溫、臭氧等因素侵害造成的退化,共同作用降低了墊圈的密封性能。氣壓和溫度的變化,使得墊圈產(chǎn)生呼吸效應(yīng),潮氣和液體借機侵入機箱內(nèi)部。緊固件間距以及配套部件的硬度都會影響墊圈的密封效果。現(xiàn)場成形的密封存在多種潛在的問題。普遍的問題是在成形時,密封太薄而彈性不足;或墊圈有空腔;或局部附著力太差而造成密封性不足。對于人工制作的密封,質(zhì)量的穩(wěn)定性是一個固有問題。設(shè)計現(xiàn)場成形密封時要考慮方便可達性要求和工作尺寸。以下討論三種典型電連接器的薄弱環(huán)節(jié):多孔、同軸和電路板安裝的電連接器。電連接器失效是航空電子設(shè)備故障的主要根源之一[15]。1)多孔連接器。首先,接觸偶換位,更換電連接器內(nèi)的插針容易造成后殼的密封不良。另外,尾部線束易擠壓損傷。出于空間限制和減重要求,線束都比較短,并且在尾部附件上捆扎的彎曲半徑小,這樣不僅導(dǎo)致維修困難,且很小的彎曲半徑使得線束對尾部附件產(chǎn)生擠壓力,在振動和飛行載荷情況下,破壞了電連接器的尾部襯墊或密封。同時,擠壓和小彎曲半徑的共同作用下,使得線束絕緣破壞(破裂、分層、外層剝離等)。大多數(shù)飛機的線束問題都發(fā)生在進電連接器前的一小段,由于余量太小導(dǎo)致很難維修。2)同軸連接器。相對多孔連接器,同軸連接器在海洋環(huán)境下并不需要經(jīng)常維護。一般同軸連接器用于連接刀型天線,刀型天線一般安裝在機腹,其90%的更換原因是因為腐蝕引起的信號衰減,水容易在天線部位聚集造成天線同軸連接器腐蝕。通常,艙底天線安裝部位不便維護,因此必須在天線和機身結(jié)合面做好密封預(yù)防,但完全做好內(nèi)部密封也是極困難的。3)印制板邊緣連接器。印制板水平安裝容易堆積灰塵、殘渣等,垂直安裝能極大地降低此類問題(同時允許更好冷卻)。潮氣和吸潮的碎屑會在印制板頂部和底部邊緣聚集,其邊緣連接器會很大程度上受到腐蝕的影響。有很多案例表明,因為機架排水不暢,印制板底部邊緣和邊緣連接器會浸在水里。

          6結(jié)論

          腐蝕及其環(huán)境條件是對航空電子設(shè)備造成負面影響的一種自然現(xiàn)象,為了有效地針對腐蝕進行防護和控制,使其降到可控的程序,必須從各方面去了解腐蝕的來源,設(shè)備失效的機理,如此才能選取正確的設(shè)計方法以及維護程序。綜上所述,設(shè)計必須基于以下假定:液體將會存在于任何無涂層的金屬表面;電解液將會存在任何異種金屬電偶對之間;水會積聚在所有低點區(qū)域;液體將會通過一些管道如電線束,波導(dǎo)管、控制桿或液壓管路到達設(shè)備內(nèi)部;非氣密機箱將會出現(xiàn)呼吸效應(yīng);電路板、連接器等元器件周圍易積聚水霧、灰塵、雜質(zhì)等。

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