某型飛機除冰系統耐熱膠管失效分析

張慶珍

摘 要：針對飛機除冰系統的航空技術研究日趨深入，對除冰系統故障原因的追溯能力直接影響了飛機執行任務的可靠性和安全性。為徹底消除除冰系統耐熱膠管破裂故障，保證飛機除冰系統的使用安全。本文結合實際某型飛機機翼除冰系統故障，開展耐熱膠管破裂失效分析，為飛機除冰系統排故工作提供借鑒。

關鍵詞：飛機除冰;耐熱膠管;失效分析

0 引言

飛機除冰系統是保持飛機氣動外形和確保飛機安全飛行的重要組成部分。除冰系統主要作用是在整個飛行過程中，當遇到結冰氣象或在飛機結冰情況下，系統工作以確保飛行安全。除冰系統內關鍵零部件的失效都會對系統功能產生嚴重的影響，對飛行安全造成隱患。因此，飛機除冰系統故障的研究尤為重要。

某型機機翼采用熱氣除冰形式，飛機結冰后，打開除冰開關，來自上游系統的高溫、高壓空氣通過管路輸送至機翼前緣除冰通道內，通過熱傳導消除機翼上的結冰;除冰管路通過快卸卡箍或耐熱膠管連接。耐熱膠管是安裝在機翼、機身等除冰管路中，用于補償除冰管路熱脹冷縮或振動引起的變形。

針對該型飛機除冰系統耐熱膠管問題進行研究分析，定位在耐熱膠管產品性能不足。飛機除冰系統的基本任務是在結冰氣象條件下，使飛機保持良好的氣動外形，以保證飛機任務的有效、安全執行。本文針對該型飛機除冰系統耐熱膠管破裂故障進行失效分析，為飛機除冰系統排故工作提供借鑒。

1 故障現象描述及故障原因分析

1.1 故障現象描述

某型飛機執行任務中，飛機高度8000m，飛行使用機翼防冰系統后，地面檢查發現右側機翼前緣用于連接防冰導管的耐熱膠管（1處）破裂，如下圖 1所示，且其余飛機安裝的耐熱膠管也存在不同程度的破損情況。

1.2 故障原因分析

根據故障樹分析，如下圖2所示，導致除冰系統耐熱膠管破裂的因素主要有系統異常、產品性能不足、制造缺陷以及裝配缺陷。

針對故障問題，已經通過機上檢查及地面除冰系統功能性能試驗，排除了系統異常、制造缺陷與裝配缺陷這三個因素，原因具體定位為產品性能不足導致。

由于某型飛機除冰系統采用熱氣除冰方式，高溫、高壓空氣通過管路輸送至機翼前緣除冰通道內，影響耐熱膠管性能的因素主要有產品耐壓能力、耐溫能力與產品易分層三種，下文對該三部分進行試驗，展開除冰系統耐熱膠管破裂原因追溯。

2 試驗分析

通過對機翼除冰系統使用的耐熱膠管的壽命進行試驗考核，分別用壓力為550kPa、溫度為220℃的高溫壓縮空氣和壓力為5kPa～10kPa的常溫壓縮空氣對膠管間斷進行（各10min）400小時耐溫耐壓試驗。

膠管在不同循環周期（20min為一循環周期）均有破損，考核的壽命數據不穩定，破損時工作循環最短為45次，其余69次～1200次循環不等，其最主要原因為產品質量一致性差，無法滿足系統的使用要求。

3 失效分析

硅橡膠管由無堿玻璃布和橡膠層壓制成，主要承壓為布層，硅橡膠管在系統工作中主要承受高溫、高壓、變形、伸縮（金屬管路熱脹冷縮）等環境;在膠布整體狀態下，產品具有承受高溫、高壓的能力，在膠布分層情況下，產品承壓性能將會大大降低。

前期故障產品破裂部位均在圖1所示的波紋段，但也發生平直段耐熱膠管破裂的故障，其他非帶波紋耐熱膠管也存在較大的破裂隱患，分析原因為耐熱膠管無堿玻璃布與硅橡膠粘附性差，在波紋段表現更為明顯，在高溫高壓工作環境下，產品逐步分層乃至最終破裂。

產品的分層內部因素為膠布粘接力偏小;外部因素為硅橡膠管承壓變形、安裝變形、伸縮變形等，各種變形因素使變形嚴重處逐步分層，乃至最終破裂;目前系統僅安裝變形可以消除，承壓變形和伸縮變形均是系統特性，無法消除;在無法消除變形對硅橡膠管分層影響的情況下，唯一的改進途徑是提高產品自身的粘接力，使其外部因素作用下產品不分層。

因此，根據故障分析結果，重新選定了新的耐熱膠管，在隨機抽取了3件試件進行了粘接力測試，且試件前期已進行了200℃加溫，粘接力分別為0.7kN/m、0.9kN/m 和1.5kN/m，粘接力遠高于原先的0.3kN/m。而且，高溫高壓、常溫低壓循環壽命試驗和1300次耐久性試驗驗證，整體性考核均滿足要求。

4 結論

根據某型飛機除冰系統耐熱膠管破裂失效分析，在外部因素無法消除的情況下，要滿足系統使用要求，提高產品粘接力是提升硅橡膠管產品性能的唯一途徑。綜上所述，引起某型飛機除冰系統耐熱膠管破裂的原因為其自身布層粘結力較差，在機上承壓變形、安裝變形、伸縮變形等綜合因素下，發生分層直至破裂，造成飛機機翼除冰系統功能失效。

參考文獻

[1]桂業偉，周志宏，李穎暉，徐浩軍.關于飛機結冰的多重安全邊界問題[J].航空學報，2017（02）.

[2]王晉，紀雙英，益小蘇，趙文明.飛行器防/除冰技術研究進展[J].航空制造技術，2015（S2）.