淺析波音737NG飛機(jī)風(fēng)擋疏水涂層及其維護(hù)

摘要：通過(guò)分析一起波音737NG飛機(jī)風(fēng)擋排雨故障，介紹了疏水涂層的工作原理及維護(hù)要點(diǎn)，可為同類維護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：波音737NG；疏水涂層；風(fēng)擋玻璃；排雨系統(tǒng)

Keywords：B737NG；hydrophobic coating；windshield；rain drainage system

1 故障背景

2019年7月，北京地區(qū)進(jìn)入雨季，國(guó)航多架飛機(jī)普遍反映在雨中起飛時(shí)飛機(jī)風(fēng)擋排雨能力差、能見(jiàn)度不足。維修人員隨即對(duì)涉事飛機(jī)的風(fēng)擋雨刷、雨刷馬達(dá)進(jìn)行檢查及更換。2019年8月，A飛機(jī)再次報(bào)告，飛機(jī)在雨中進(jìn)近著陸時(shí)出現(xiàn)左側(cè)風(fēng)擋排雨能力差、能見(jiàn)度不足。該飛機(jī)已經(jīng)更換為全新的雨刷片，檢查其雨刷馬達(dá)工作性能良好，對(duì)風(fēng)擋表面進(jìn)行潑水試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)風(fēng)擋雨刷系統(tǒng)存在問(wèn)題。經(jīng)與工程師商討，將該飛機(jī)停場(chǎng)并對(duì)左側(cè)一號(hào)風(fēng)擋進(jìn)行更換，完成更換后對(duì)其進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，在隨后的雷雨天氣中再未出現(xiàn)風(fēng)擋排雨能力差問(wèn)題。

2019年8月底，B飛機(jī)同樣報(bào)告在雨中進(jìn)近著陸時(shí)出現(xiàn)右側(cè)風(fēng)擋排雨能力差、能見(jiàn)度不足。該飛機(jī)在該航段結(jié)束后進(jìn)行C檢維護(hù)，決定對(duì)該風(fēng)擋進(jìn)行排故。考慮到更換風(fēng)擋所需維護(hù)成本較大、占用人力較多，決定通過(guò)研究737NG飛機(jī)的風(fēng)擋排雨系統(tǒng)來(lái)徹底解決此類問(wèn)題。

737CL飛機(jī)的風(fēng)擋排雨采用化學(xué)排雨劑系統(tǒng)。風(fēng)擋排雨系統(tǒng)一般在大雨、飛機(jī)高速飛行時(shí)使用。迎面高速氣流及風(fēng)擋雨刷將雨水排出，從而保證風(fēng)擋有足夠的視野。

但737NG飛機(jī)取消了排雨劑系統(tǒng)，且波音飛機(jī)FIM手冊(cè)并沒(méi)有介紹排雨不暢而影響風(fēng)擋能見(jiàn)度類故障的排故方案，只在波音飛機(jī)SDS30-43-00中有描述，即將疏水涂層噴涂在風(fēng)擋表面（見(jiàn)圖1）可以提高在大雨天氣下風(fēng)擋的能見(jiàn)度。根據(jù)波音飛機(jī)AMM 30-43-00/201中介紹，737NG飛機(jī)的風(fēng)擋排雨主要通過(guò)雨刷將雨水排出機(jī)外，疏水涂層雖然不是放行飛機(jī)的必要要求，但波音公司建議需要保持該涂層的有效性。由于此前對(duì)B飛機(jī)的雨刷片及雨刷馬達(dá)進(jìn)行了維護(hù)，因此判斷問(wèn)題是由疏水涂層性能減低或失效導(dǎo)致的。

2 疏水涂層工作原理

由于玻璃表面具有較高的表面能，導(dǎo)致風(fēng)擋玻璃表面呈現(xiàn)親水性。為了降低表面能，需覆蓋一層低表面能的材料，該材料即是疏水涂層。疏水涂層通常是指水在涂層表面的靜態(tài)接觸角大于90°的涂層[1]。根據(jù)AMM 30-43-00/201，737NG飛機(jī)疏水涂層主要由美國(guó)PPG公司提供的原材料對(duì)風(fēng)擋疏水涂層進(jìn)行維護(hù)，而國(guó)航選用的是件號(hào)為DSS0100的器材包。從器材包的材料可知，PPG公司制備的疏水涂層主要由鹵化硅烷和氟化物疏水涂層組成，鹵化硅烷疏水涂層是在硅烷單體上引入憎水基團(tuán)，含有鹵化硅烷及憎水基團(tuán)制作的疏水涂層與水的靜態(tài)接觸角最高達(dá)110°[2]，提高了風(fēng)擋的表面張力，降低了部分表面能。氟化物疏水涂層主要由含氟硅氧烷組成，以含氟樹(shù)脂為基礎(chǔ)，在增加含氟量的同時(shí)，在含氟樹(shù)脂的基礎(chǔ)上增加了氣相的二氧化硅，得到的涂層與水的靜態(tài)接觸角最高可達(dá)165°[3]，進(jìn)一步提高了含氟疏水涂層的疏水性。

3 疏水涂層性能評(píng)估

為了判斷疏水涂層的性能衰退是否是導(dǎo)致風(fēng)擋在雨中能見(jiàn)度水平降低的原因，需對(duì)疏水涂層性能進(jìn)行評(píng)估。

飛機(jī)在雨中飛行時(shí)，雨水在高速氣流的作用下以水滴的形態(tài)附著在風(fēng)擋表面。維護(hù)人員前期為了驗(yàn)證風(fēng)擋雨刷系統(tǒng)能夠正常工作，通常將水傾倒在風(fēng)擋表面，無(wú)法模擬雨水在空中的形態(tài)，導(dǎo)致只能驗(yàn)證風(fēng)擋雨刷系統(tǒng)能否正常工作而無(wú)法驗(yàn)證疏水涂層的有效性。

將純凈水以噴霧狀噴射到風(fēng)擋表面，可以模擬飛機(jī)在雨中高速飛行時(shí)的形態(tài)。通過(guò)判斷水滴在風(fēng)擋表面的形態(tài)便可判斷出疏水涂層的疏水性是否有效。如果絕大多數(shù)水滴在風(fēng)擋表面能保持水滴本身固有的形態(tài)，少部分水滴在向下流淌的通道中仍可保持自身圓形或橢圓形，就能證明風(fēng)擋疏水涂層性能良好，無(wú)需對(duì)其維護(hù)。如果水滴在風(fēng)擋表面的形態(tài)雜亂無(wú)章，甚至大量水滴聚集在一起，說(shuō)明疏水涂層性能失效，需對(duì)疏水涂層進(jìn)行重新維護(hù)。

維護(hù)人員將純凈水以霧狀噴灑在B飛機(jī)左右一號(hào)風(fēng)擋表面，發(fā)現(xiàn)左側(cè)風(fēng)擋表面上的水滴絕大多數(shù)可以保持水滴本身的橢圓形或者圓形，沒(méi)有大量水滴聚集在風(fēng)擋表面，證明左側(cè)風(fēng)擋的疏水涂層仍然有效。而右側(cè)風(fēng)擋表面的水滴雜亂無(wú)章，甚至部分水滴聚集在風(fēng)擋的中心，嚴(yán)重影響了風(fēng)擋視野，說(shuō)明右側(cè)風(fēng)擋疏水涂層已經(jīng)失效。這一情況與機(jī)組在空中報(bào)告的右側(cè)風(fēng)擋雨中能見(jiàn)度差相符。

4 疏水涂層的維護(hù)

疏水涂層以透明的涂層形式保持在一號(hào)風(fēng)擋外表，但涂層不會(huì)永久地保持在風(fēng)擋的表面。影響涂層使用性能的主要因素包括：雨刷的使用次數(shù)及在風(fēng)擋表面的壓力；疏水涂層維護(hù)程序。

4.1 雨刷的使用對(duì)疏水涂層的影響

完成左右風(fēng)擋疏水涂層的評(píng)估后，分別打開(kāi)雨刷電門，一邊噴射霧狀純凈水一邊以不同速度對(duì)風(fēng)擋表面除水，發(fā)現(xiàn)左側(cè)風(fēng)擋雨刷在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)“跳躍”現(xiàn)象，且隨著雨刷的運(yùn)動(dòng)加快，“跳躍”現(xiàn)象更加明顯。右側(cè)雨刷雖然沒(méi)有出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)異常，但能明顯聽(tīng)見(jiàn)雨刷與風(fēng)擋玻璃的摩擦聲。

根據(jù)上述現(xiàn)象，初步判定雨刷在風(fēng)擋表面的壓力過(guò)大。根據(jù)AMM 30-42-31/201檢查發(fā)現(xiàn)，左側(cè)雨刷支臂壓力達(dá)到了12lb，右側(cè)雨刷支臂壓力達(dá)到了27lb，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于手冊(cè)規(guī)定的6.5～7.5lb。翻閱B飛機(jī)的維護(hù)記錄發(fā)現(xiàn)，左側(cè)風(fēng)擋為15日前更換的全新風(fēng)擋。由此得出結(jié)論：風(fēng)擋雨刷的壓力和使用次數(shù)可以導(dǎo)致風(fēng)擋疏水涂層性能下降，在日常維護(hù)中需將雨刷支臂的壓力調(diào)節(jié)至正常范圍內(nèi)，才能保證疏水涂層的磨損降到最低。

4.2 疏水涂層維護(hù)程序

根據(jù)波音飛機(jī)AMM 30-43-00/201，風(fēng)擋玻璃表面失效的疏水涂層可以重新制作，無(wú)需更換新的風(fēng)擋以獲取全新有效的疏水涂層，從而顯著降低了維護(hù)成本。

1）失效疏水涂層的去除

使用去離子水和無(wú)紡紙巾反復(fù)清潔風(fēng)擋，確保玻璃表面清潔、干燥無(wú)水、無(wú)浮沉粉灰和油脂等污染物。疏水涂層以化學(xué)鍵的形式覆蓋在風(fēng)擋表面，去離子水無(wú)法去除殘余的疏水涂層，需要使用氧化鋁溶劑對(duì)風(fēng)擋表面進(jìn)行拋光工作。

拋光工作是整個(gè)疏水涂層制備的基礎(chǔ)，如果拋光過(guò)程不充分，舊的涂層沒(méi)有清除干凈，新制備的涂層將覆蓋在其表面，導(dǎo)致涂層厚度加大，使風(fēng)擋雨刷運(yùn)動(dòng)阻力加大，反而加劇疏水涂層的磨損速度。

2）疏水涂層施工

不同機(jī)型的風(fēng)擋尺寸所需的溶劑含量不同，以737NG一號(hào)風(fēng)擋為例，所需鹵化硅烷和氟化物疏水溶劑各20ml。在施工過(guò)程中需使用正確數(shù)量的溶劑，過(guò)多或過(guò)少的溶劑都會(huì)影響風(fēng)擋表面的能見(jiàn)度或使用性能。

首先，使用鹵化硅烷施工。表面能高的鹵化硅烷作為涂層的底層，使化學(xué)溶劑更容易覆蓋在玻璃表面。鹵化硅烷具有易揮發(fā)的特性，打開(kāi)溶劑后一定要在15min內(nèi)將20ml溶劑涂覆在風(fēng)擋表面，同時(shí)保證風(fēng)擋的每一處都涂抹均勻。如果涂覆過(guò)多，風(fēng)擋表面將呈現(xiàn)薄霧狀；涂覆過(guò)少，風(fēng)擋表面將會(huì)出現(xiàn)明顯的條紋。

其次，使用氟化物溶劑作為涂層涂覆在鹵化硅烷表面。鹵化硅烷表面能明顯低于風(fēng)擋玻璃表面，使氟化物溶劑更容易附著在風(fēng)擋表面。將氟化物溶劑快速、均勻地涂覆在風(fēng)擋表面，經(jīng)過(guò)氟化物施工后的疏水涂層風(fēng)擋玻璃表面應(yīng)呈現(xiàn)明顯的薄霧狀，如果溶劑涂覆不均勻，可以從外部明顯發(fā)現(xiàn)。

此時(shí)氟化物并未完全覆蓋在鹵化硅烷表面，但此時(shí)的風(fēng)擋已具有極高的疏水性。為了確保涂層更長(zhǎng)的使用壽命及優(yōu)異的性能，PPG公司建議使用電熱毯保持35±5℃對(duì)重新涂覆的疏水涂層進(jìn)行8h的熱固化處理，即可得到全新制作完畢的疏水涂層。

對(duì)熱處理后的疏水涂層進(jìn)行評(píng)估，當(dāng)評(píng)估達(dá)到性能要求時(shí)即可認(rèn)為達(dá)到適航要求。

5 總結(jié)

B飛機(jī)在完成疏水涂層重新制備后，機(jī)組反饋飛機(jī)風(fēng)擋排雨能力較好，在2019-2020年整個(gè)雨季中均未出現(xiàn)排雨能力差而減低能見(jiàn)度的情況，證明疏水涂層不但可以在日常維護(hù)中重新制備，而且在經(jīng)正確操作和維護(hù)后可以保持較長(zhǎng)的使用壽命。

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)和排故中，需要維護(hù)人員認(rèn)真檢查排雨系統(tǒng)而不是單純地更換風(fēng)擋及雨刷系統(tǒng)。更換風(fēng)擋雖然可以代替疏水涂層的制作但成本較高，一塊737NG一號(hào)風(fēng)擋的價(jià)格大約為1.5萬(wàn)美元（約合人民幣95511元），而制作疏水涂層所需的全部材料僅需500美元（約合人民幣3183元）；更換一塊一號(hào)風(fēng)擋所需工時(shí)為20h/人，制作疏水涂層所需要的工時(shí)為10h/人。綜合比較，重新制備風(fēng)擋的疏水涂層可以大大降低航空公司的運(yùn)營(yíng)成本。

建議生產(chǎn)計(jì)劃部門將疏水涂層評(píng)估和制備工作安排至C檢工作中，飛機(jī)在C檢中有足夠的停場(chǎng)時(shí)間及人力對(duì)疏水涂層進(jìn)行評(píng)估和施工。根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，疏水涂層的壽命足以滿足737NG飛機(jī)C檢檢查間隔，可達(dá)到預(yù)防性維修的效果。

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作者簡(jiǎn)介

劉一瑋，助理工程師，主要從事波音737NG飛機(jī)航線及定檢維護(hù)工作。