飛機氣密艙蒙皮組件局部氣密檢查方法

黨 武，趙安安，史建猛

(航空工業西飛， 西安 710089)

飛機氣密艙的氣密性是保證乘員安全的必須條件，在飛機制造過程中，氣密艙的氣密檢查是整機性能的重點檢查試驗項目之一[1-2]。常規的氣密檢查要求進行氣密艙整體氣密試驗，采用的方法是對氣密艙進行整體充氣，通過測量保壓一定時間后的壓降值或單位時間內的空氣泄漏量來判斷氣密艙的氣密性。這種方法對充氣設備要求較高，并且一般的充氣設備無法滿足大飛機充氣量的需求。另外，在飛機使用過程中，氣密結構由于損壞原因修復后，需對氣密艙的氣密狀況進行檢查。當外場的氣密檢查設備無法達到常規的氣密艙整體氣密檢查條件時，研究開發一種簡便的局部氣密檢查方法就顯得尤為必要。

氣密艙的外部殼體、操縱系統鋼索/拉桿、可開啟的門/窗/口蓋等都是影響飛機氣密性的重要部位，氣密艙整體氣密試驗時蒙皮組件的漏氣現象并不明顯[3-4]。現有關于飛機氣密艙的研究，多集中在氣密艙的設計方面，如許建設等人研究了基于Y8貨運飛機的氣密套艙，提供一種基于Y8貨運飛機的氣密套艙，結構強度可靠，氣密性良好，增加非氣密Y8貨運飛機的氣密艙容積[5]。劉偉等[6]針對飛機艙門的結構可靠性進行了研究，分析了艙門密封結構參數對密封性能的影響。徐錦錦[7]從結構設計及優化角度研究了飛機起落架艙門聯動機構的氣密性。但由于蒙皮組件面積大，漏氣量對氣密試驗結果會產生較大的影響，有些蒙皮組件在設計上還要求進行密封連接。當需要對蒙皮組件局部的氣密性進行檢查時(如蒙皮組件修理后、蒙皮組件漏點排查等)，目前還沒有成熟的、便捷的檢查方法和檢查標準。因此，本文研究蒙皮組件的局部氣密檢查方法，并通過試驗研究所提方法在應用過程中，環境因素對氣密性檢查結果的影響。

1 氣密艙蒙皮組件局部氣密檢查方法

蒙皮組件漏氣可能存在于鉚釘、連接螺栓、蒙皮搭接等區域，其施工質量(如制孔和連接質量)和密封處理(如涂膠質量)是決定蒙皮組件密封性的主要因素[8-9]。本文局部氣密檢查方法研究的總體思路為：在蒙皮外表面制真空袋，通過抽真空設備對真空袋抽真空，保壓一定時間后，檢測真空袋的氣壓變化情況(真空值)，從而判斷真空袋覆蓋區域的蒙皮氣密情況。

1.1 局部氣密檢查步驟設計

與對氣密艙充氣的常規氣密檢查方法原理相同，均是使氣密艙內外形成壓差，利用氣壓高的一側的空氣會通過漏點向氣壓低的一側流動的特性，檢測封閉側的氣壓變化情況來判斷氣密艙的密封性能[10-11]。局部氣密檢查可按下列步驟進行：

1) 對修理區域蒙皮組件的真空袋進行布置。真空袋的尺寸大小，以及其形狀是由修理區蒙皮組件的形狀和抽真空設備的能力決定。這時，可以制定出多個真空袋分區域檢查。所有真空袋區域疊加需覆蓋氣密艙蒙皮組件修理區，如圖1所示。

圖1 蒙皮組件氣密檢查真空袋分布展開圖

2) 對真空袋布置區蒙皮組件外部進行清理，保證密封膠帶與蒙皮的粘接性。對相關設備的要求有兩點，即一是設備功率應與真空袋的大小匹配，二是精度應與漏氣指標匹配，三是設備不能漏氣。

3) 在飛機氣密艙修理區外蒙皮上制真空袋。無孔隔離膜與蒙皮之間用透氣墊隔開,對于蒙皮組件上的排水孔、成品安裝孔等可在真空袋內制小真空袋隔離；制袋完成后需將密封膠帶壓實，防止密封膠帶與無孔隔離膜及蒙皮的連接部位漏氣，如圖2所示。

圖2 無孔隔離膜與蒙皮之間墊透氣層的真空袋示意

4) 真空袋抽真空。真空區壓力以不損傷蒙皮組件為原則。

5) 真空表讀數達到規定值時關掉真空系統，保壓一定時間后觀察真空表讀數變化情況。

通過以上操作步驟就完成了蒙皮組件的氣密檢查，但在蒙皮組件的氣密性檢查方面，設計只規定了氣密艙的整體氣密檢查要求，其標準值并沒有細分到蒙皮組件、門縫、通過孔等部位，當只對蒙皮組件進行氣密檢查時，就需要規定出蒙皮組件的氣密檢查標準。

1.2 蒙皮組件氣密檢查參數與合格標準設計

進一步對局部氣密性檢查步驟中涉及的操作參數，如抽真空量、保壓時間等進行設計。通過多次試驗，并根據作者長期局部氣密性檢查實踐操作的經驗，將蒙皮組件氣密檢查參數規定為：真空袋的抽真空值采用整體氣密艙氣密檢查時的增壓值(即采用氣密艙內外相同的壓差)，保壓時間采用整體氣密艙氣密檢查時的保壓時間。

絕對密封的氣密艙在產品生產中是難以實現的，絕對密封也并非必要[12-14]。因為，一方面，少許泄漏可由飛機的增壓系統得到補充，另一方面，座艙本身也需要通風換氣。通過實踐調研發現，蒙皮結構并不是氣密艙的主要漏氣區域(非密封連接)，蒙皮結構微量漏氣是不可避免的，則蒙皮結構所能承受的漏氣量是蒙皮氣密性檢查的標準。蒙皮結構漏氣量的計算如下：

氣密艙的整體漏氣量為蒙皮結構漏氣量、門縫漏氣量、通過孔漏氣量、成品連接孔漏氣量等之和。而蒙皮結構漏氣量為蒙皮組件各密封帶覆蓋區域漏氣量之和。對于單個密封帶覆蓋區域，其漏氣量T計算如下：

T=V×[ρ1-ρ2]=V×Δρ

(1)

其中，ρ1為保壓前大氣密度；ρ2為保壓后大氣密度；Δρ為保壓前后大氣密度差；V為空氣體積，V=4×10-3m3。

假設真空袋尺寸為1 m×1 m，密封帶厚度4 mm，由此可推算出每平方米蒙皮結構的漏氣量為：

T=4×10-3×1.293×(真空袋保壓前后壓力差/標準大氣壓)×(273/實際絕對溫度)kg

(2)

蒙皮結構的允許漏氣量可通過經驗或實驗結果的方法統計得出，即：

允許保壓前后壓力差=蒙皮結構允許漏氣量(kg/m2)×標準大氣壓(kPa)/[4×10-3×1.293×(273/實際絕對溫度)](kPa)

值得注意的是，當整個氣密艙的漏氣量是一定值時，蒙皮組件的允許漏氣量愈大，則其余部位的允許漏氣量就愈小，這一矛盾需要根據整個氣密艙的設計及制造工藝進行平衡。

2 環境溫度的影響分析

為了驗證環境溫度對此方法實施的影響，在飛機相同部位、不同環境溫度下進行了多組試驗。每次試驗中真空袋的大小相同，初始抽真空值大于80 kPa。環境溫度分別為3 ℃、8 ℃和14 ℃時，采用本文所提方法對飛機氣密艙蒙皮組件局部氣密性進行多次檢查，得到的影響曲線如圖3～圖5所示。

圖3 環境溫度為3 ℃時3次試驗真空袋真空值曲線

圖4 環境溫度為8 ℃時3次試驗真空袋真空值曲線

圖5 環境溫度為14 ℃時3次試驗真空袋真空值曲線

由以上數據可以看出：當環境溫度為3 ℃和8 ℃時，真空袋真空值下降較快，原因為在低溫下密封膠帶與機體粘接部位密封性不好。由于密袋帶性能的影響，當環境溫度低于14 ℃時，密封帶會發硬，粘接性能下降，易造成漏氣。而且出現漏氣時，是很難區分是蒙皮漏氣還是密封帶漏氣。所以本文所提方法進行飛機氣密艙蒙皮組件局部氣密試驗，建議環境溫度應高于14 ℃。在14 ℃以下，由于密封袋的真空值隨溫度下降劇烈，冬季外場試驗時，本文所用方法具有局限性。

3 實例應用

某型機在外場發生機體氣密區蒙皮結構損傷事故，修理時對蒙皮組件進行了更換，按要求需對氣密艙進行氣密試驗。但外場無符合要求的充氣設備及氣密試驗臺，經與設計協商決定采用以上論述的局部氣密檢查方法對修理區蒙皮組件進行氣密檢查。

本次檢查采用簡易的抽真空設備，真空袋采用A4000無孔隔離膜、GS213密封膠帶(約10 mm×4 mm)，抽真空值為80 kPa，保壓時間為5 min，環境溫度為20 ℃，整個修理區分為9個區域進行檢查。

為了制定氣密檢查合格標準，本文在計算的基礎上又進行了多次試驗，按蒙皮結構泄露量允許占氣密艙整體泄露量的1%(每平方米蒙皮結構允許泄露0.023 kg/h)進行試驗方案的設計，則真空袋保壓5 min的前后允許壓力差：

ΔP=0.023×101.3/[4×10-3×1.293×(273/293)]/12=

2.329 9/0.004 8/12=40.1 kPa

(3)

由此可制定出保壓5 min后真空袋的真空值下降不應超過40.1 kPa的標準。

按此標準檢查后，9個區域中有8個區域合格，1個區域不合格，經返工最終檢查合格，并獲得了設計及用戶的認可，說明了本文方法的有效性。

4 結論

本文提出的飛機蒙皮組件局部氣密檢查方法，所用設備簡單，且適用于不同形狀、外形及結構的飛機蒙皮組件的局部氣密性檢查，特別針對飛機外場修理時，蒙皮氣密的檢測快速有效。通過實際應用驗證了本方法精確性高。同時，少許漏氣就會引起真空值下降(可以得到真空值下降0.1 kPa的漏氣量)，相對于飛機貨艙每5 min允許幾百上千公斤的漏氣量來說，可稱漏氣是微量的，所述方法對微量漏氣具有敏感性。利用這一特性，可進一步用于蒙皮漏點的排查。