飛機座艙蓋有機玻璃的修理方法.doc

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南昌航空大學 飛機座艙蓋有機玻璃的應(yīng)用和修理方法 一、 有機玻璃在飛機中的應(yīng)用和其性能特點 1有機玻璃的簡介及其在飛機中的應(yīng)用 1.1有機玻璃俗稱明膠玻璃，由甲基丙烯酸甲酯單體或甲基丙烯酸甲酯和其他改性劑經(jīng)本體聚合而成，是一種無色透明的熱塑性塑料。 戰(zhàn)斗機座艙蓋有機玻璃的主要品種有：增塑的澆鑄有機玻璃，如YB—2、YB—3；共聚的澆鑄有機玻璃，如YB—4；不增塑的定向有機玻璃，如DYB—3、MDYB—3；增塑的定向有機玻璃，如DYB—2；共聚的定向有機玻璃，如DYB一4、MDYB一4。 戰(zhàn)斗機的座艙蓋有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是由固定風擋和活動蓋組成，這種結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用比較廣泛，如圖所示殲8B、蘇—27等飛機的座艙蓋均采用這種結(jié)構(gòu)形式。另一種是只有活動蓋而無固定風擋的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)把前風擋、側(cè)風擋和活動蓋合并成一體，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，只在少數(shù)機種上使用，如殲8白天型飛機等。 圖一 殲八B座艙蓋 圖二 蘇—27座艙蓋 ( a). YB—2航空有機玻璃(2號航空有機玻璃)YB—2是我國最早生產(chǎn)和使用的航空有機玻璃。它是以甲基丙烯酸甲酯和增塑劑為主要原料經(jīng)本體聚合而制成的板材。由于其不含紫外線吸收劑，所以容易發(fā)黃。該玻璃無色透明，強度較高，成形加工等工藝性能好，但其耐熱性能較低，適用于制造飛機的非氣密和氣密座艙透明件及其他航空透明件，如殲5、殲6、強5和轟5等飛機的座艙蓋，轟6飛機的第二領(lǐng)航艙玻璃、尾觀察窗玻璃等。 (b).YB—3航空有機玻璃(3號航空有機玻璃)YB—3是以甲基丙烯酸甲酯、少量增塑劑和微量紫外線吸收劑為主要原料，經(jīng)本體聚合而制成的板材。該有機玻璃無色透明，強度比YB—2略高，熱變形溫度和軟化溫度均比YB—2高，分別為102~C和118~C。該玻璃可用于Ma2．2以下各型飛機氣密座艙的透明件和其他透明件，如各型殲7飛機座艙蓋等。 圖三 轟五座艙蓋 圖四 殲7飛機座艙蓋 (c).YB—4航空有機玻璃(4號航空有機玻璃)YB—4是以甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸作為主要原料共聚而成的板材，其強度和熱變形溫度比YB—3高，加工性能較好，但其耐老化性能比YB—2、YB—3差，因此YB—4制成的座艙蓋玻璃使用壽命不長，只在殲8白天型飛機座艙蓋上使用。 （d）.4DYB—2、DYB—3、MDYB—3航空有機玻璃DYB—3是將不含增塑劑的甲基丙烯酸甲酯澆鑄航空有機玻璃，經(jīng)熱拉伸而制成的定向航空有機玻璃板；而MDYB—3是將DYB—3經(jīng)表面研磨拋光而制成的板材；DYB—2則是由YB—2經(jīng)熱拉伸而制成的定向有機玻璃板材。它們的強度比YB—3高，抗銀紋性和韌性好，抗老化和耐疲勞性能有很大提高，對裂紋、缺口和應(yīng)力集中的敏感性明顯下降，適宜硬式固定連接。但耐磨性并未改善，甚至還稍有降低，層間剪切強度明顯下降，成形工藝較復(fù)雜。 （e）.DYB—4和MDYB—4航空有機玻璃DYB—4是YB—4經(jīng)熱拉伸而制成的定向航空有機玻璃，再經(jīng)研磨拋光制成MDYB—4。其強度比YB—4略高，抗銀紋性和韌性比YB—4好，抗疲勞性能好，對裂紋、缺口和應(yīng)力集中也不太敏感，但耐磨性并未改善，層間剪切強度較低，成形工藝較復(fù)雜，耐老化性能僅比YB—4略有提高。戰(zhàn)斗機主要機型座艙蓋有機玻璃的牌號見表1。 表1戰(zhàn)斗機主要機型座艙蓋有機玻璃的牌號 圖五 殲八E座艙蓋 圖六 F16座艙蓋 2.有機玻璃的性能特點 1.主要優(yōu)點: (1)具有特別優(yōu)異的光學性能.由于航空有機玻璃是無定型透明的均質(zhì)塑料，且其表面便于磨平和拋光，所以板材和制品都具有非常良好的光學性能。它的透光率為91％-93％，不僅優(yōu)于其他透明材料，而且比硅酸鹽玻璃高10％以上；它的影像變動較小，較少出現(xiàn)光學畸變；表面出現(xiàn)的光學缺陷或表面產(chǎn)生的影響光學性能的其他缺陷，一般可用磨光和拋光等方法將其除掉。 (2)密度小強度好.航空有機玻璃質(zhì)輕而堅韌，密度約為1．18k曠cm3，比水略重，不到硅酸鹽玻璃1／2、鋼鐵1／6，這對減輕飛機重量非常有利。其脆性比硅酸鹽玻璃小得多，可以用來制作結(jié)構(gòu)件，且制件有一定的抗沖擊和振動能力；有機玻璃的抗拉強度大于63．6MPa，壓縮強度大于127．4MPa，靜彎曲強度大于117．8MPa，基本上滿足了飛機結(jié)構(gòu)材料的要求。 (3)具有良好的耐氣候性.老化試驗和實際使用都證明，航空有機玻璃耐氣候性比一般常用塑料優(yōu)越。以YB—3為例，在廣州經(jīng)5年大氣老化試驗，透光率僅從91．5％下降到89％，常溫抗拉強度從77．6MPa下降到70．8MPa，拉伸彈性模量從3005MPa變?yōu)?009MPa?？傊?，在塑料之中除了氟塑料以外，很少有其他塑料具有如此良好的耐大氣老化性能。 (4)具有優(yōu)良的熱塑性和加工性能. 有機玻璃加熱到一定溫度后，逐漸軟化變成高彈態(tài)，依賴于模胎或夾具，可以獲得各種復(fù)雜的幾何形狀，冷卻后即可定型。同時原板和成形后的毛坯，可用各種機械加工方法，如車、銑、刨、磨、拋光、鉆孔、鉸孔和鋸割等方法進行加工。 2.主要缺點: (1)表面硬度不高，容易引起劃傷和擦傷。航空有機玻璃的表面硬度一般在布氏硬度值170-250MPa之間，比硅酸鹽玻璃低得多，接近軟鋁，因此容易引起劃傷和擦傷等。特別是帶有棱角的固體顆?；蛭矬w，與航空有機玻璃表面接觸時，極易造成傷痕。 (2)對缺口和應(yīng)力集中相當敏感，抗裂紋擴展能力不夠好。澆鑄有機玻璃在室溫及低溫下仍屬于脆性材料，因此對缺口和應(yīng)力集中仍然是敏感的，耐疲勞性能不好，抗裂紋擴展能力不高。板材和制件表面的任何機械損傷，或工作損傷都會降低其強度，如深度為0．1mm的劃傷會使沖擊強度下降60％以上。材料中，特別是邊緣部分一旦生成裂紋，往往只要施加小的額外能量就會導(dǎo)致破壞——低應(yīng)力脆斷。零件中存在著稍大的內(nèi)應(yīng)力或裝配應(yīng)力，就會誘發(fā)銀紋，甚至裂紋。 (3)容易引起銀紋。銀紋是一種細微的裂紋，因其在光照下顯示一種銀白色，故稱之為銀紋。材料或零件表面受到較大的拉伸應(yīng)力，或者受到溶劑或含溶劑物質(zhì)的侵蝕會產(chǎn)生銀紋。溶劑銀紋是不規(guī)則的，純應(yīng)力銀紋和應(yīng)力一溶劑銀紋垂直于拉伸應(yīng)力方向排列。銀紋不但降低有機玻璃的透光率，影響飛行員觀察，而且會引起強度的某種程度降低，所以，銀紋同裂紋一樣，也是導(dǎo)致座艙透明件提前更換的重要原因之一。 (4)熱膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱性差，容易形成熱應(yīng)力。有機玻璃的線膨脹系數(shù)比金屬材料大得多，如果有機玻璃零件安裝在金屬框架內(nèi)而沒有足夠的熱間隙，材料的膨脹或收縮受到限制，便會產(chǎn)生應(yīng)力集中。飛機座艙內(nèi)溫度一般為16~(2-25℃，而玻璃外表面的溫度在零下60~C到一百多度之間變化。這種溫度變化，必然會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力和正常的使用應(yīng)力疊加，會大大加速座艙蓋玻璃的破壞過程。 (5)材料性能受溫度影響大。材料的拉伸強度、彎曲強度和彈性模量隨溫度升高而迅速降低，而延伸率和韌性隨溫度升高而明顯提高。如YB—3和YB—4在100~C時的拉伸強度與20~(2時相比，分別降低60％和70％。在O~C以下，有機玻璃拉伸斷裂通常表現(xiàn)為脆性破壞；在較高溫度下，材料具有較好的韌性，破壞呈現(xiàn)從脆性到韌性的轉(zhuǎn)變。 (6)大氣和環(huán)境對其性能有影響。有機玻璃雖然在塑料中耐老化性能較好，但其畢竟是高分子材料，在大氣中長期暴露時受到熱、光、潮濕等因素的作用也發(fā)生明顯老化，物理和力學等性能明顯降低。老化的速率和程度隨材料的組成和狀態(tài)不同而有所差異，如含親水基因的共聚有機玻璃吸水性強，吸水后抗銀紋性、物理性能和力學性能等均會明顯地劣化；即使在室內(nèi)潮濕條件下存放一年，其熱變形溫度比初始時降低約10t。 3.座艙蓋有機玻璃的發(fā)展 例如：F-22的艙蓋是世界上最大的單獨板材件，由兩片壓合成型，然后鍍膜，這層膜用于反射普遍波長的雷達波但是可以讓大部分可見光射入。最讓同好感到糾結(jié)的可能就是F-22艙蓋在陰天正面光下的金色反光，因為這是F-22的特質(zhì)之一。而其有機玻璃采用最新的材料。 圖七 F22座艙蓋 圖八 F22座艙蓋 圖九 殲十座艙蓋 圖十 殲十座艙蓋 二、 座艙蓋有機玻璃結(jié)構(gòu)的修理方法 飛機座艙蓋有機玻璃的故障種類較多，常見的有斷裂、裂紋、銀紋、氣泡、脫膠、彩虹、劃傷發(fā)霧和發(fā)黃等各種外傷、折光缺陷。下面主要介紹幾種常見故障的檢查與修理。 1． 劃傷的檢查與修理 有機玻璃表面上產(chǎn)生的劃傷和擦傷可采用目視和直尺測量法進行檢查。當劃傷條數(shù)、長度和深度大于規(guī)定的要求時，應(yīng)采用打磨和拋光的方法予以排除。 打磨時分粗磨和細磨，一般情況下是先粗磨后細磨。粗磨用粒度號較低的砂布、砂紙打磨，細磨用粒度號較高的水砂紙或金相砂紙進行打磨，并酌量浸水。 排除座艙蓋有機玻璃的劃傷、擦傷，需要根據(jù)劃傷、擦傷的深度，采用正確有效的打磨方法，才能提高工效。打磨前，先用30~C-40~C的中性肥皂水洗凈有機玻璃表面；而后根據(jù)劃傷、擦傷的深度，采用不同的打磨方法。如果劃傷、擦傷的深度較深，先粗磨，再細磨，最后拋光；若深度較淺，可用脫脂棉沾2號有機玻璃拋光膏打磨，恢復(fù)有機玻璃的透光性能。 打磨所用的壓力不得過大，打磨范圍應(yīng)大于劃傷范圍，并在不同的位置作圓圈運動，如圖一所示，以免打磨處局部過熱，產(chǎn)生應(yīng)力，引起銀紋；或者局部磨耗過多，產(chǎn)生折光現(xiàn)象。如果用水砂紙打磨，最好把水砂紙固定在硬橡皮板上，手壓橡皮板進行打磨，使壓力均勻分布在打磨面上。 有機玻璃打磨后，必須清洗干凈，防止腐蝕；還應(yīng)著重檢查主視區(qū)有無折 圖十一 有機玻璃的打磨 光現(xiàn)象。 2.座艙蓋有機玻璃開膠的檢查與修理 座艙蓋玻璃與骨架之間連接固定的形式，主要有硬式固定、軟式固定和混合式固定三種。如圖十二所示是軟式固定的結(jié)構(gòu)形式，座艙蓋玻璃與滌綸帶是用丙烯酸酯膠粘接；滌綸帶的外側(cè)涂XM—16膠進行保護和密封。 不論丙烯酸酯膠還是密封膠，經(jīng)長期使用后都可能發(fā)生老化，膠的彈性降低出現(xiàn)碎裂、脫落現(xiàn)象。如不及時修理，損傷處就易沾上污物或進入雨水，加速膠的變質(zhì)，嚴重時影響粘接強度和座艙的氣密性，危及飛行安全，所以發(fā)現(xiàn)開膠后 要及時處理。 2.1.開膠的檢查座艙蓋有機玻璃與滌綸帶的粘合處開膠時，就會出現(xiàn)兩個膠接界面的現(xiàn)象。膠接界面顏色稍有發(fā)白并有微弱的閃光部位，就是開膠的部位。這是因為空氣進入了座艙蓋玻璃與滌圖十二軟式固定結(jié)構(gòu)形式綸帶的夾層中所致。此外，開膠處略有掉膠的情況，不再像膠合良好的膠接界面那么均勻一213致。外側(cè)開膠的時間較長時，有較明顯的水痕。檢查開膠的方法有三棱鏡檢查法、測量上移量法和扒膠檢查法三種。 (1)三棱鏡檢查法取下座艙蓋，置于光線充足的地方，用脫脂棉擦凈玻璃，并用毛刷沿粘貼三棱鏡部位涂一層甘油，然后把三棱鏡BB'棱緊靠XM—16膠上緣，使其AA‘BB’ 與座艙蓋玻璃外表面緊密貼合，通過AA'CC’ 圖十二 軟式固定結(jié)構(gòu)形式 面以適當?shù)慕嵌扔^察內(nèi)側(cè)滌綸帶的粘接情況。檢查后用脫脂棉蘸清水將玻璃上的甘油擦凈。三棱鏡的尺寸如圖十三所示。 圖十三 三棱鏡檢查法 用三棱鏡檢查的目的，是消除光線產(chǎn)生全反射的條件。用目視檢查，通常難于看到滌綸帶的粘接面，這不是由于XM—16膠和內(nèi)側(cè)氣球布完全擋住了膠層的緣故，而是由于從粘接面發(fā)出的光線(如圖十三所示的DE面)，在通過玻璃外表面(如圖十三(b)所示的KF面)時，發(fā)生了全反射的緣故。即由粘接面DE上發(fā)出的光線全部沿GH、LI等方向反射過去，所以沿EB方向看不到粘接面(通常只能從與DE垂直的方向，看到上端極少部分粘接面)。產(chǎn)生全反射的條件有三：一是光線由光密媒質(zhì)(玻璃)進入光疏媒質(zhì)(空氣)；二是光線的入射角大于某一臨界角；三是有明顯的分界面。如果這三個條件缺少一個就能消除全反射現(xiàn)象。當在玻璃外表面嚴密貼合一個三棱鏡時，由DE粘接面上發(fā)出的光線射經(jīng)KF面時，就不是進入空氣(光疏媒質(zhì))，而是進入玻璃(光密媒質(zhì))了，所以光線就會沿EB方向射進三棱鏡。當光線又從三棱鏡AC面射出時，雖然外面是空氣，但由于光線垂直AC面，使入射角等于零，所以仍不會改變方向。這樣，從JBE方向就可以看到膠接面DE的狀況了。 使用三棱鏡檢查法應(yīng)注意以下幾點：三棱鏡的截面必須是銳角三角形，而且三個角度最好制作得不一樣，以便觀察和調(diào)整貼合面及觀察面(即選用AA'B'B、BB'C'C或CC'A'A面與座艙蓋玻璃貼合)；涂甘油是為了使玻璃與三棱鏡緊密貼合，消除全反射的條件，故應(yīng)保證甘油均勻；觀察中有時會看到兩個影像，它們是內(nèi)、外側(cè)粘接面的同時反映，要注意判別。 將三棱鏡放在座艙蓋玻璃內(nèi)表面的相應(yīng)位置，同樣可以觀察到滌綸帶外側(cè)的開膠狀況，但由于受座艙蓋弧度的影響，視線不易進入到AC位置，進行觀察時，可以用反光鏡配合檢查。 (2)測量上移量法 在檢查座艙氣密性時，應(yīng)測量玻璃相對兩側(cè)骨架的上移量，一般不超過3mm。如發(fā)現(xiàn)214上移量突變，要用三棱鏡仔細檢查。 (3)扒膠檢查法 在目視(或三棱鏡檢查發(fā)現(xiàn)嚴重老化、開膠時，要扒掉座艙蓋外側(cè)保護帶和內(nèi)側(cè)的用一字解刀從一端沿水平方向逐漸移動，注意避免滌綸帶受傷或造用手指按壓滌綸帶察看有無變形、鼓動。應(yīng)特別注意檢查滌綸帶上用千分墊輕輕捅滌綸帶上緣，進一步判明開口寬度和深度。 2.2.開膠后的修理 修理座艙蓋有機玻璃與滌綸帶開膠時，需要根據(jù)脫膠的具體情形，確定其修理方法。 (1)當座艙蓋有機玻璃與滌綸帶粘合處有輕微的、局部的脫落，對其膠合強度影響不大時，可在脫膠的局部灌注丙烯酸酯膠液，使其重新粘合。但是，這種方法由于舊膠層清除不徹底，膠接強度低于重新更換滌綸帶的膠接強度。 (2)當座艙蓋有機玻璃與滌綸帶粘合處開膠的長度或者深度較大時，可采用膠補加強帶的方法進行修理。 膠補加強帶的具體步驟如下(如圖十四所示)：第一步，準備工作，將座艙蓋拆下放在托架上，剝?nèi)ネ鈧?cè)的XM—16密封膠和內(nèi)側(cè)的航空氣球膠布，用00號砂布打磨，用脫脂棉沾汽油擦凈打磨部位。在高出舊滌綸帶16-19mm處的有機玻璃上，貼寬度為30-40mm的9100—60．4密封膠布，用以防止涂膠時涂刷在不需要粘合的部位。 圖十四膠補加強帶示意圖 第二步，配制丙烯酸酯膠。膠的用量約為300—500g，配制好的膠應(yīng)在1．5—2h用完。 第三步，膠補加強帶。用電烙鐵將滌綸帶澆割成寬度為30mm的加強帶，滌綸帶的編織，中間是平紋，兩邊是緞紋，寬度為105mm。用滌綸帶作加強帶時，應(yīng)選用緞紋部分，以便膠液容易滲透。用毛刷在加強帶和有機玻璃的粘合部位涂膠，停放lOmin，把加強帶貼在有機玻璃粘合處，加強帶的一半與原來滌綸帶粘合，另一半與有機玻璃粘合。在加強帶的外面再涂刷一層膠液，用C形夾和兩塊墊板夾緊，如圖6—16所示。為了防止加強帶與墊板粘合，墊板上應(yīng)有一層塑料薄膜。 第四步，加熱固化。將座艙蓋放在50~C—60~(2(或按使用膠的說明進行)的電烘箱內(nèi)加溫4h，使膠液固化，然后卸下墊板。如溫度不夠，可適當?shù)匮娱L加溫時間。 第五步，在外側(cè)涂XM—16密封膠保護層，在外側(cè)用XY—401膠粘貼航空氣球膠布。 三、座艙蓋有機玻璃結(jié)構(gòu)件損傷的一些圖片及說明 事件一：撞鳥后的我軍轟六座艙之慘狀如圖十五所示 情況發(fā)生在4月16日晚上20時20分左右，當時飛機的具體飛行高度是826米，速度為每小時485公里。第一領(lǐng)航員準備投彈的動作已經(jīng)做完了，這時只聽見砰的一聲巨響，我感覺腦袋像是被震了一下，大腦出現(xiàn)了短暫的空白。然后回過神來就發(fā)現(xiàn)前擋風玻璃上有血跡，而且血還在流；再仔細一看，外層玻璃沒有碎，但是出現(xiàn)了很多細小的裂紋，能夠感覺到有風。 圖十五 轟六撞鳥后慘狀 圖十六 左數(shù)第2塊玻璃被撞擊開裂 事件二：上海飛往沈陽的東航航班，起飛后不久遭遇飛鳥“襲擊”，飛機駕駛艙左側(cè)舷窗處被撞開裂如圖十六所示 　2011年4月2日9時15分，一架由上海飛往沈陽的東航航班，起飛后不久遭遇飛鳥“襲擊”，飛機駕駛艙左側(cè)舷窗處被撞開裂。當時飛機處于高空，事發(fā)后機長沉著操控飛機返回，20分鐘后安全降落浦東國際機場，旅客和機組人員均安然無恙。 事件三：蘇-27飛機降落時由于外來物襲擊導(dǎo)致座艙蓋有機玻璃破孔。 圖十七 蘇-27座艙蓋 事件四：某型飛機座艙蓋玻璃后弧花槽裂紋。 圖十八 圖十九 四、飛機座艙蓋破損及其修理方法 1、對于事件二東航航班飛機駕駛艙左側(cè)舷窗處被撞開裂小口的修理 有機玻璃裂紋的檢查與處理裂紋深度對有機玻璃的強度有顯著的影響，因此在確定使用技術(shù)條件時，對裂紋深度提出了不同的要求。由于有機玻璃折光的影響，當從玻璃外表直接用眼睛觀察時，感覺到的深度(稱為視覺深度)與實際深度有很大差別。因此，必須對裂紋的深度進行準確的測量，常用的測量方法有YL型讀數(shù)顯微鏡測量法，目視直尺測量法。 如圖二十所示是目視直尺測量法的示意圖。在玻璃內(nèi)有一點A，是裂紋的最深處，它離玻璃表面的距離為OA，若在C點觀察，好像A點在B點，所以視覺的深度為OB。在C點放一把尺子垂直于BC，則在尺子上測量到的距離為GC，習慣上把GC稱為測量深度。 經(jīng)計算，有機玻璃的折光率為1．49，察線和有機玻璃平面的夾角(測量角)為41。時，GC值最大，約為OA的1／2．6倍。因此，當測量的角度為41。時，只要把尺子上測到的讀數(shù)GC，乘上2．6就得到實際深度，即OAc2：2．6XCC。飛機座艙蓋玻璃多為曲面，在測量中很難保證測量角為41。，由于測量角在土5。的范圍內(nèi)變動時，誤差不超過1％，所以用此法測量，測量角稍有變動，對結(jié)果影響不大。目視直尺測量法主要用于測量深度尺寸較大的 圖二十 裂紋，或者深度尺寸要求精確度不高的故障。其優(yōu)點是簡單、方便，缺點是誤差較大、精度不高。 座艙蓋有機玻璃一般不允許存在有裂紋。當發(fā)現(xiàn)玻璃上有輕微裂紋時，要根據(jù)使用條件、玻璃牌號以及機型，認真分析，判斷出裂紋產(chǎn)生的原因，限定使用條件，觀察裂紋的發(fā)展狀況，確定處理意見。當裂紋較大時，要停飛分析鑒定。危及飛行安全時，要及時更換。 2、對事件四某型飛機座艙蓋玻璃后弧花槽裂紋分析及修理。 某飛機修理廠近幾年來已經(jīng)連續(xù)發(fā)現(xiàn)幾起某型飛機座艙蓋有機玻璃后弧花槽裂紋的問題, 使用部隊也時常報告由于座艙蓋后弧花槽裂紋而引起飛機停飛待修的事故, 如不引起重視, 很容易導(dǎo)致座艙蓋玻璃發(fā)生空中爆破的事故 ( 1992年 6月 19日某部, 36號飛機空中爆蓋 ), 為了徹底解決這一難題, 現(xiàn)以該廠某飛機座艙蓋為例, 對后弧花槽裂紋作出一些客觀分析, 并提出解決方法。 某型飛機座艙蓋有機玻璃的結(jié)構(gòu)如圖十八所示。該飛機座艙蓋返廠后分解發(fā)現(xiàn)此塊有機玻璃部隊在使用過程中已經(jīng)更換, 這就說明其他的修理廠也存在類似的問題, 所以這種普遍性問題更值得我們注意, 在這塊玻璃上發(fā)生裂紋的位置及其最長裂紋尺寸列表二如下: 表二 圖二十一 座艙蓋的橫向彎曲 通過上表可以看出此座艙蓋有機玻璃裂紋數(shù)量之多, 尺寸之長都是比較少見的, 裂紋的 程度已經(jīng)很嚴重, 并且這些裂紋具有以下的特點: ( 1) 一般起源于花槽上表面倒角處, 并向前、向下表面不斷發(fā)展, 但也有極少數(shù)裂紋是起源于下表面 ( 21#, 23#花槽 ) ; ( 2) 花槽上生成裂紋后, 在同一花槽上可以同時出現(xiàn)多條裂紋; ( 3) 處于座艙蓋玻璃對稱軸線附近花槽 ( 22# )產(chǎn)生的裂紋數(shù)量多 ( 9條 ) , 長度大 ( 27mm ); ( 4) 當對稱軸線 ( 22# ) 上生成裂紋后, 與其相鄰近的花槽 ( 19#, 20#, 21#, 23#, 24# ) 上也往往可以發(fā)現(xiàn)裂紋。 1、 裂紋產(chǎn)生的原因及其影響 座艙蓋有機玻璃在使用過程中產(chǎn)生裂紋的原因主要由于玻璃表面有應(yīng)力集中導(dǎo)致疲勞裂紋, 而其應(yīng)力產(chǎn)生主要有以下幾個原因: （1）、 座艙內(nèi)外靜壓差和局部空氣動力壓差所引起的應(yīng)力 因飛機在高空飛行中需在座艙內(nèi)增壓, 在內(nèi)外壓力作用下, 整個座艙蓋都參加受力, 其中玻璃直接承受大部分的載荷, 它的受力情況如圖 2所示。在內(nèi)外壓力差作用時, 玻璃表面產(chǎn)生橫向彎曲, 其中半徑方向有均勻增大的趨勢, 但其兩側(cè)下緣是通過粘接的滌綸帶與金屬骨架相連, 由于金屬骨架剛度較大, 限制了玻璃半徑的增大。因此, 玻璃兩側(cè)下緣就會受到向內(nèi)的作用力 P側(cè)向 , 在 P側(cè)向 的作用下, 有機玻璃產(chǎn)生橫向彎曲, 各縱截面要承受彎矩而產(chǎn)生正應(yīng)力。由于玻璃后弧上開有花槽使其強度減小, 且整個座艙蓋在使用過程中經(jīng)常需要反復(fù)增壓與卸壓, 所以在沿后弧花槽內(nèi)、外表面很容易產(chǎn)生縱向的疲勞裂紋。 由于有機玻璃的導(dǎo)熱性較差, 它的導(dǎo)熱率只有0. 14~ 0. 17cal/m. h, 比鋁合金的導(dǎo)熱率小 600~700倍; 熱膨脹性大, 它在 - 40 ~ + 80 時膨脹系數(shù)為 6 ! 10 ~ 13 ! 10 / , 比鋁合金高 2~ 4倍, 當溫度變化時, 玻璃容易產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力。在飛行過程中, 玻璃外表溫度接近于大氣溫度, 這個溫度隨飛行高度的增加而降低, 玻璃內(nèi)表面由于座艙加溫而溫度較高, 從而形成玻璃內(nèi)外表面溫度差。溫度高的內(nèi)表面產(chǎn)生較大的膨脹, 溫度低的外表面產(chǎn)生較小的膨脹, 于是形成一個要膨脹, 一個則限制其膨脹的情況, 結(jié)果使外表 面承受拉伸應(yīng)力, 其大小可由下式計算: 從上面計算出可得知, 在正常的飛行條件下玻璃外表面所受拉伸應(yīng)力較大, 而玻璃后弧開有花槽使強度減弱, 因而容易在強度較薄弱的地方產(chǎn)生裂紋。 (2). 裝配應(yīng)力與殘余應(yīng)力 有機玻璃在加工后弧花槽過程中由于刀具或加工方法等條件的限制, 加工區(qū)表面容易產(chǎn)生過熱而形成熱影響區(qū), 在其后工序中如沒有切除就會造成殘余應(yīng)力, 或由于玻璃與骨架貼合不好。螺檢孔不正, 強行裝配等原因造成裝配應(yīng)力, 通過裝配后的回火處理而未能將這些應(yīng)力消除時, 都可能使花槽產(chǎn)生裂紋。 通過以上分析可以看出, 座艙蓋玻璃在使用過程中可能承受上述幾種應(yīng)力, 前兩種應(yīng)力是艙蓋玻璃在使用時產(chǎn)生的, 但后一種應(yīng)力又往往是造成玻璃裂紋的直接原因。一旦玻璃表面產(chǎn)生裂紋后, 其抗拉強度與沖擊韌性會明顯下降, 并且裂紋的深度和長度會在使用過程中不斷 發(fā)展, 如 未能及時發(fā) 求?，F(xiàn), 當裂紋發(fā)展到一定的程度時, 艙蓋玻璃有內(nèi)外壓差及空氣動力的作用下, 極有可能發(fā)生座艙蓋空中爆破的飛行事故。因此, 艙蓋玻璃后弧花槽裂紋的現(xiàn)象不容忽視, 必須 制定修理方法 加以徹底解決。 2、 后弧花槽裂紋解決方法 圖二十二 座艙蓋玻璃后弧花槽示意圖 圖二十三 后弧平直端面示意圖 某型飛機座艙蓋玻璃后弧花槽表面產(chǎn)生裂紋與如圖 二十二所示結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系, 容易在 R 15mm圓弧底部處產(chǎn)生應(yīng)力集中。由于有機玻璃的導(dǎo)熱性較差, 在加工過程中很難控制后弧花槽熱影響區(qū)的產(chǎn)生, 為了能夠徹底的解決這一問題, 最根本的方法是取消后弧 花槽, 采用 如圖 二十三所 示的平直端面, 并將原有 1. 5x45°倒角 改為 R 2. 0mm 的圓弧倒角, 從而解決裂紋產(chǎn)生的根源。 五、對有機玻璃破損預(yù)防的建議 由于座艙蓋有機玻璃是飛機的重要部件之一, 影響其加工使用性能有很多因素, 發(fā)現(xiàn)玻璃裂紋后的修理是事后工作, 并不能保證飛機在空中飛行使用的安全。因此要做好前期預(yù)防工作, 保證修理產(chǎn)品的質(zhì)量可靠, 避免飛行等級事故的發(fā)生, 在工廠修理加工和部隊使用過程中應(yīng)注意以下幾點: ( 1)、 由于有機玻璃的導(dǎo)熱性差, 加工時被加工表面和工具間的磨擦以及切屑的變形會使加工區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很多的熱量, 可能使材料過熱而熔化, 容易造成廢品, 而且切削熱與切削力也會導(dǎo)致材料中內(nèi)應(yīng)力增加, 使有機玻璃件的安全性和使用壽命降低。因此, 加工方法、施工工藝及加工設(shè)備、刀具和夾具等必須適應(yīng)有機玻璃的加工特性; ( 2)、 要求加 工刀具刀刃鋒利、夾持 牢固、操作平穩(wěn), 充分冷卻, 保證切削溫度低, 工件殘余應(yīng)力小。鉆孔是有機玻璃機械加工最敏感的一道工序,孔壁極易出現(xiàn)熱積瘤, 造成 "過燒 "、龜裂、發(fā)霧、分層和崩邊等現(xiàn)象, 是影響有機玻璃壽命的關(guān)鍵工藝之一, 鉆頭刃磨時的頂 角一般在 60?~ 140?之間,選擇原則是當切削刃還未完全進入板料時, 鉆頭的切削橫刃不應(yīng)穿出板料; ( 3)、 加工 時要 對玻 璃表 面進行 保護, 避 免劃傷、碰傷, 加工端面應(yīng)進行打磨拋光, 保證其具有較低的表面粗糙度。當玻璃表面有損傷時, 應(yīng)根據(jù)損傷形式采用不同的打磨方法, 打磨時的壓力不能過大, 打磨范圍應(yīng)適當?shù)卮笥趽p傷范圍; ( 4)、 有機玻璃的裂 紋有時與裝配應(yīng)力和殘余應(yīng)力有關(guān)。如果玻璃與骨架貼合不好造成間隙超過規(guī)定值, 應(yīng)重新對玻璃進行模壓處理, 或者當螺栓孔不正時切忌強行裝配, 座艙蓋在裝配時, 必須正確安裝, 各個螺栓擰緊的程度要一致, 裝配后應(yīng)進行回火處理以消除殘余應(yīng)力; ( 5)、部隊在使用維護過程中應(yīng)禁止用有機溶劑擦 ( 如油漆、酒精、丙酮等 ) 拭玻璃表面, 用拋光膏打磨有機玻璃后必須清洗干凈, 工作時應(yīng)防止工作燈、電烙鐵等接近玻璃表面, 以避免局部過熱而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 ( 6)、 座艙蓋有機玻璃一般不允許存在有裂紋。當發(fā)現(xiàn)玻璃上有輕微裂紋時, 使用部隊要根據(jù)使用條件、玻璃牌號以及機型, 認真分析, 判斷也裂紋產(chǎn)生的原因, 限定使用條件, 并觀察裂紋的發(fā)展狀況,確定處理意見。當裂紋較大時, 要停飛進行分析鑒定, 危及飛行安全時, 要及時更換玻璃。 14 航空制造工程學院飛行器制造專業(yè)08032321蘇劍波