A320 系列飛機94- 050X 清水箱的一種修理方法探討

倪澤軍

（北京飛機維修工程有限公司西南維修工程服務(wù)部,四川 成都610201）

1 概述

94-050X 清水箱為A320 系列飛機的飲用水系統(tǒng)和真空廁所沖洗系統(tǒng)存儲清水，通過加水后對水箱的空氣增壓保持航班上清水的穩(wěn)定供應(yīng)。

隨著早期服役的A320 系列飛機逐漸進入老齡化，機齡較長的飛機清水箱可能會出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。處理措施通常為更換水箱、按照CMM修理、辦理故障保留。新的或作為交換件的水箱，目前價格為3.7 萬美元左右，交貨周期2 周至90 天不等。如果沒有庫存航材，更換水箱會導(dǎo)致飛機長期停場，影響飛機可利用率和航班正常；采購庫存周轉(zhuǎn)件是一個相對可行的方法，但會增加航材庫存成本，同時由于OEM廠家備件有限，OEM廠家會優(yōu)先滿足航班故障的飛機使用，從而周轉(zhuǎn)備件采購困難。如果采用辦理故障保留的方法繼續(xù)讓飛機飛行，則水箱不能裝水（可以使用瓶裝水、廁所干沖、無洗手用水），這會影響客艙服務(wù)質(zhì)量，通常不是航空公司愿意的選項。如果按照CMM進行排故和修理，因為允許修理的范圍很小，水箱OEM廠家技術(shù)支持不足，修理材料無廠家報價等原因而無法實施。因此，基于航空公司現(xiàn)有的工程和維修能力開發(fā)水箱的修理方法是必要的。

2 A320 系列飛機94-0501&94-0502 系列清水箱的基本構(gòu)造

94-050X 清水箱的設(shè)計參數(shù)見下表1：

表1 94-050X 清水箱設(shè)計技術(shù)參數(shù)

如圖1 所示：94-0501&94-0502 系列清水箱內(nèi)膽為材質(zhì)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的熱塑性塑料，開口處粘接不銹鋼進行保護，內(nèi)膽的功能是隔離飲用水和碳纖維增強的復(fù)合材料外殼，碳纖維增強型復(fù)合材料外殼作為水箱的結(jié)構(gòu)件，承受水靜壓力和增壓壓力。

圖1 94-050X 清水箱組件示意圖

3 A320 系列飛機94-0501&94-0502 系列清水箱的泄漏形式分析

3.1 開口處不銹鋼和內(nèi)膽脫粘導(dǎo)致的泄漏：出現(xiàn)在開口處不銹鋼加強區(qū)域

3.2 內(nèi)膽損傷導(dǎo)致的泄漏：外殼無分層等損傷、表現(xiàn)為滲漏

3.3 內(nèi)膽和外殼均損傷的泄漏：泄漏明顯，外殼敲擊檢查有分層等

由于清水箱安裝在客艙地板下部后貨艙隔板后部的密閉空間，當(dāng)輕微滲漏出現(xiàn)時，通常很難被機務(wù)人員及時檢查發(fā)現(xiàn)，同時泄漏的水會通過機身排水路線正常排出機外，水箱泄漏故障就更難引起機務(wù)人員的警惕，故障信息通常來源于客艙服務(wù)人員對水系統(tǒng)使用體驗下降的報告，比如航班用水充裕量下降、水壓力不足、洗手水龍頭出水小等等。這個時候，水箱實際的泄露已經(jīng)延續(xù)了不短的一段時間，除了泄漏面積超過CMM的允許修理標(biāo)準(zhǔn)，而且常常伴隨水箱外殼碳纖維結(jié)構(gòu)的分層損傷，如圖2 所示：

圖2 94-050X 清水箱泄漏報告實例

4 開口處不銹鋼和內(nèi)膽脫粘導(dǎo)致的泄漏的修理方法

CMM 推薦使用食品級或滿足飲用水接觸標(biāo)準(zhǔn)的密封膠再密封內(nèi)膽和不銹鋼粘接的邊緣，密封膠可從市場購買，耐高溫80°C (176°F)。從我們了解的市場情況看，不少國產(chǎn)硅酮粘膠劑有FDA 認證，比如KJ-998，形態(tài)為流體和半流體，但粘接的可靠性和耐久性需樣品試驗。

國外產(chǎn)品中，例行飛機維修經(jīng)常使用陶氏（道康寧）的RTV系列硅膠和DC90-006 高溫膠，效果很好。陶氏（道康寧）的DOW CORNINGR781 硅膠目前已被納入英國水接頭法規(guī)體系，允許固化后接觸飲用水。Dow CorningR786 滿足FDA Regulation No. 21 CFR177.2600 食品級標(biāo)準(zhǔn)，允許固化后接觸食品。DOW CORNINGR781 和DOW CORNINGR786 可以通過航空公司的航材渠道購買。

硅膠的缺點是需要在一定濕度的空氣中固化，達到測試強度的固化時間不低于兩天，達到最優(yōu)性能可能需要七天時間。

5 內(nèi)膽損傷導(dǎo)致泄漏的修理方法

5.1 CMM手冊范圍內(nèi)的修理方法：允許修理的最大直徑/長度不超過50 mm，超過該尺寸的損傷需返廠家修理。修理方法為用底漆X8533+環(huán)氧面漆EP3607（固化劑EP3600）或底漆Chemlock 459 A/B+環(huán)氧面漆8096 刷涂損傷區(qū)域。該修理方法的缺點是指定的底漆和環(huán)氧面漆的因為太小眾而采購渠道不暢，同時允許的修理尺寸較小。

修理工藝簡介：

(1) 找到泄露位置損傷的內(nèi)膽，用鋒利的鏟刀去除毛刺或損傷的內(nèi)膽材料;

（2）用砂紙打磨損傷處，徹底去除損傷;

（3）用干凈的棉布蘸酒精清潔修理區(qū)域;

（4）用軟毛刷涂X8533 或Chemlock 459 A/B 底漆，在室溫25±5°C (77±9°F)下通風(fēng)不小于1 小時;

（5）按照100:35 的重量比混合EP3607 面漆和EP3600 固化劑;

（6）涂面漆混合物，在室溫下固化不小于12 小時，也可以在50°C (122°F) 溫度下固化5 小時，但固化溫度不允許高于60°C (140°F)。

（7）如果必要，重復(fù)第（4）至（6）步驟，直到修理區(qū)域被漆層均勻致密覆蓋。

（8）用清水沖洗修好的水箱。

5.2 超手冊修理方法：用密封膠粘接符合食品級接觸的304不銹鋼薄板（推薦退火狀態(tài)，但1/4H 或1/2H 狀態(tài)也可接受，厚度0.003 至0.016 英寸，也可以從304 不銹鋼千層片剝離），為了增加粘接性，結(jié)合面涂環(huán)氧底漆（接觸水的一面不涂漆）。完成粘接后，用滿足食品級或滿足飲用水接觸標(biāo)準(zhǔn)的硅膠密封不銹鋼補片周緣。該修理設(shè)計參照水箱制造過程中開口處的設(shè)計方法，航空維修企業(yè)可通過設(shè)計保證系統(tǒng)（DAS）、局方委任體系（CCAR-183）等程序獲得批準(zhǔn)。

修理工藝簡介：

(1) 找到泄露位置損傷的內(nèi)膽，用鋒利的鏟刀去除毛刺或損傷的內(nèi)膽材料;

（2）用砂紙打磨損傷處，徹底去除損傷;

（3）用砂紙沿著去除損傷區(qū)域的周緣繼續(xù)打磨出粘接面，每邊搭接寬度約10mm;

（4）用0.003 至0.016 英寸厚度的304 不銹鋼制作修理補片;

（5）用砂紙輕微打磨修理補片的粘接面;

（6）用干凈的棉布蘸酒精清潔修理區(qū)域和修理補片;

（7）對修理補片粘接面涂BMS10-11 TYPE I 等飛機結(jié)構(gòu)修理中常用的環(huán)氧底漆;

（8）用PS870 或PR1422 等飛機結(jié)構(gòu)修理中常用的密封膠在修理區(qū)域粘接修理補片;

（9）用Dow CorningR781 或Dow CorningR786 密封修理補片周緣。

（10）用清水沖洗修好的水箱。

6 碳纖維增強型復(fù)合材料外殼的修理方法

6.1 CMM手冊范圍內(nèi)的修理方法：用碳纖維布(plain weave,200g/m2)和環(huán)氧樹脂L20 進行濕鋪層修理，鋪層不小于5 層，環(huán)氧樹脂L20 和固化劑SL、固化促進劑H91 的混合比例為100:17:13。該修理方法的缺點是指定的環(huán)氧樹脂及固化劑因為沒有進入波音、空客的供應(yīng)清單，從而使國內(nèi)的航空公司采購渠道受限，同時CMM允許的修理尺寸也較小，最大直徑/長度不超過50 mm。

修理工藝簡介：

（1）用敲擊法或X 射線確定損傷的范圍

（2）用80 至120 粒度的砂紙打磨去除損傷，修理區(qū)域在每個方向超過損傷區(qū)域不小于50mm

（3）用干凈的棉布蘸丙酮清潔修理區(qū)域

（4）評估打磨的修理區(qū)域的大致尺寸，評估修理相對于周圍表面的深度

（5）按照修理區(qū)域的形狀，用碳纖維布(plain weave, 200g/m2)剪制修理鋪層，層數(shù)不小于5 層，根據(jù)修理區(qū)域的打磨深度增加額外的鋪層，使修理后的干鋪層厚度大于等于修理區(qū)域的打磨深度。每個鋪層的尺寸從原損傷區(qū)域開始，以大于損傷區(qū)域每20 mm (0.8 in.)增加，直到覆蓋打磨區(qū)域。

（6）按照100：17：13 的重量比混合環(huán)氧樹脂L20、固化劑SL、促進劑H91。

（7）均勻分布環(huán)氧樹脂混合物在碳纖維修理鋪層上。

（8）從最小的鋪層開始，在修理區(qū)域鋪設(shè)修理鋪層。

（9）放置分離層，用重物或真空壓緊修理鋪層。

（10）在室溫25±5°C (77±9°F)下固化24 小時，然后，在60°C (140°F) 固化不小于2 小時，每小時溫度增加不超過20°C (68°F)。

（11）取下分離層，用砂紙將修理區(qū)域打磨光滑

（12）用敲擊法檢查修理區(qū)域，確信修理質(zhì)量合格

（13）對修理區(qū)域補漆

6.2 超手冊修理方法：采用A320 系列飛機SRM51 章通用的碳纖維布濕鋪層修理材料和修理方法進行修理，其中碳纖維布(plain weave, 200g/m2)和CMM 一致，不同之處在于環(huán)氧樹脂的牌號和生產(chǎn)廠家不同，CMM 所用的L20 及配套的固化劑SL具有明顯的地域特色，在德國等歐美國家廣泛應(yīng)用在通航小飛機和日常用品的制造上；A320 系列飛機SRM51 章推薦的濕鋪層環(huán)氧樹脂在波音、空客等現(xiàn)代化大型客機上廣泛應(yīng)用。

雖然從通航小飛機與波音空客等現(xiàn)代大型客機的取證要求、從水箱CMM和波音空客飛機SRM的修理工藝的比較上我們不難得出這樣的結(jié)論：A320 系列飛機SRM51 章推薦的濕鋪層環(huán)氧樹脂+碳纖維布系統(tǒng)比水箱CMM要求的L20 環(huán)氧樹脂+碳纖維布系統(tǒng)具有更好的修理性能和可靠性。但是，當(dāng)缺少L20 環(huán)氧樹脂的詳細參數(shù)與波音、空客等飛機SRM清單推薦的環(huán)氧樹脂進行比較時，用試驗的方法驗證膠料替代的可靠性是必要的。試驗方案的設(shè)計可參照GB/T33334-2016，水箱應(yīng)力計算模型采用回轉(zhuǎn)殼體壓力容器環(huán)向拉應(yīng)力計算公式：P*D/2T

P=內(nèi)壓（工作壓力30 psi，測試壓力50psi）

D=直徑（20.8-21.1 in.）

T=水箱外殼碳纖維布的厚度

對于該修理設(shè)計，航空維修企業(yè)可通過設(shè)計保證系統(tǒng)

（DAS）、局方委任體系（CCAR-183）等程序獲得批準(zhǔn)。

超手冊修理工藝簡介：

（1）用敲擊法或X 射線確定損傷的范圍

（2）清潔修理區(qū)域、去除油漬

（3）用80 至120 粒度的砂紙打磨去除損傷，修理區(qū)域在每個方向超過損傷區(qū)域不小于62.5mm

（4）確定被去除的鋪層的數(shù)量和方向。修整和斜坡打磨使修理區(qū)域成為一個規(guī)則的形狀。注意不要損傷到未損傷的鋪層和周圍的材料。修理鋪層和1 層額外鋪層的搭接不小于10mm

（5）用EA9396A/B 或等效的濕鋪層環(huán)氧樹脂準(zhǔn)備層壓樹脂

（6）用混合好的層壓樹脂浸漬并準(zhǔn)備碳纖維(plain weave,200g/m2)和120Style Glass Fabric 型玻璃纖維

（7）用干凈的棉布蘸丙酮清潔修理區(qū)域

（8）完成破水實驗、在80°C 下干燥修理區(qū)域1 小時

（9）根據(jù)去除的鋪層數(shù)量和方向，裁剪并鋪設(shè)鋪層。層數(shù)不小于5 層，根據(jù)修理區(qū)域的打磨深度增加額外的碳纖維鋪層，使修理后的干鋪層厚度大于等于修理區(qū)域的打磨深度。每個碳纖維鋪層的尺寸從原損傷區(qū)域開始，以大于損傷區(qū)域每25 mm(1 in.)增加，直到覆蓋打磨區(qū)域。在碳纖維鋪層之上，另外增加一層玻璃纖維鋪層。

（10）安裝真空袋并根據(jù)實際使用的層壓環(huán)氧樹脂的牌號，在A320 SRM51-77 中選定適當(dāng)?shù)墓袒瘓D表進行加溫固化。比如：如果使用EA9396A/B，在80±5°C 溫度下固化至少2 小時；如果使用EA9390A/B，在93+10°C/-0°C 溫度下固化至少4 小時，真空壓力不低于560mmHg。加溫固化周期的溫度和時間控制如圖3 所示。

圖3 固化周期的溫度和時間控制——以120°C(250 °F)固化為例

（11）固化后取下真空袋

（12）先用280 目砂紙然后用400 目砂紙輕輕打磨表面，注意不要損傷到鋪層

（13）參照參照A320 NTM 51-10-19 Part15,使用啄木鳥共振法檢查完成修理后無損檢測，當(dāng)條件不具備時，可以采用敲擊法檢查，確信修理質(zhì)量合格

（14）對修理區(qū)域補漆

7 測試方法

參照CMM，加滿水，對水箱增壓至50psi 測試壓力，保持不小于10 分鐘，確信無滲漏。

測試工藝簡介：

注意：壓力測試需要在一個受保護的隔離區(qū)域進行，避免突然失效時對人員造成傷害。

（1）用ABS0395C6-12 或類似的接頭，通過水箱底部的加水/排水接口將水箱連接至水管；

（2）通過水箱端蓋上的MS33514G6 接頭，連接水箱和壓力管

（3）除了水箱端蓋上的溢流活門MS33514G12，關(guān)閉水箱上的其他出口；

（4）確認溢流管打開，對水箱加注清水，直到水從溢流管溢出；

（5）關(guān)閉溢流活門，用干凈的棉布擦干水箱外表面；

（6）對水箱增壓至3.45 bar (50 psi)，增壓速度不超過200mbar/sec (2.9 psi/sec)。讓壓力保持不少于10 分鐘。

（7）檢查水箱，確認無滲漏痕跡。