某型飞机除冰系统耐热胶管失效分析

张庆珍

摘 要：针对飞机除冰系统的航空技术研究日趋深入，对除冰系统故障原因的追溯能力直接影响了飞机执行任务的可靠性和安全性。为彻底消除除冰系统耐热胶管破裂故障，保证飞机除冰系统的使用安全。本文结合实际某型飞机机翼除冰系统故障，开展耐热胶管破裂失效分析，为飞机除冰系统排故工作提供借鉴。

关键词：飞机除冰;耐热胶管;失效分析

0 引言

飞机除冰系统是保持飞机气动外形和确保飞机安全飞行的重要组成部分。除冰系统主要作用是在整个飞行过程中，当遇到结冰气象或在飞机结冰情况下，系统工作以确保飞行安全。除冰系统内关键零部件的失效都会对系统功能产生严重的影响，对飞行安全造成隐患。因此，飞机除冰系统故障的研究尤为重要。

某型机机翼采用热气除冰形式，飞机结冰后，打开除冰开关，来自上游系统的高温、高压空气通过管路输送至机翼前缘除冰通道内，通过热传导消除机翼上的结冰;除冰管路通过快卸卡箍或耐热胶管连接。耐热胶管是安装在机翼、机身等除冰管路中，用于补偿除冰管路热胀冷缩或振动引起的变形。

针对该型飞机除冰系统耐热胶管问题进行研究分析，定位在耐热胶管产品性能不足。飞机除冰系统的基本任务是在结冰气象条件下，使飞机保持良好的气动外形，以保证飞机任务的有效、安全执行。本文针对该型飞机除冰系统耐热胶管破裂故障进行失效分析，为飞机除冰系统排故工作提供借鉴。

1 故障现象描述及故障原因分析

1.1 故障现象描述

某型飞机执行任务中，飞机高度8000m，飞行使用机翼防冰系统后，地面检查发现右侧机翼前缘用于连接防冰导管的耐热胶管（1处）破裂，如下图 1所示，且其余飞机安装的耐热胶管也存在不同程度的破损情况。

1.2 故障原因分析

根据故障树分析，如下图2所示，导致除冰系统耐热胶管破裂的因素主要有系统异常、产品性能不足、制造缺陷以及装配缺陷。

针对故障问题，已经通过机上检查及地面除冰系统功能性能试验，排除了系统异常、制造缺陷与装配缺陷这三个因素，原因具体定位为产品性能不足导致。

由于某型飞机除冰系统采用热气除冰方式，高温、高压空气通过管路输送至机翼前缘除冰通道内，影响耐热胶管性能的因素主要有产品耐压能力、耐温能力与产品易分层三种，下文对该三部分进行试验，展开除冰系统耐热胶管破裂原因追溯。

2 试验分析

通过对机翼除冰系统使用的耐热胶管的寿命进行试验考核，分别用压力为550kPa、温度为220℃的高温压缩空气和压力为5kPa～10kPa的常温压缩空气对胶管间断进行（各10min）400小时耐温耐压试验。

胶管在不同循环周期（20min为一循环周期）均有破损，考核的寿命数据不稳定，破损时工作循环最短为45次，其余69次～1200次循环不等，其最主要原因为产品质量一致性差，无法满足系统的使用要求。

3 失效分析

硅橡胶管由无碱玻璃布和橡胶层压制成，主要承压为布层，硅橡胶管在系统工作中主要承受高温、高压、变形、伸缩（金属管路热胀冷缩）等环境;在胶布整体状态下，产品具有承受高温、高压的能力，在胶布分层情况下，产品承压性能将会大大降低。

前期故障产品破裂部位均在图1所示的波纹段，但也发生平直段耐热胶管破裂的故障，其他非带波纹耐热胶管也存在较大的破裂隐患，分析原因为耐热胶管无碱玻璃布与硅橡胶粘附性差，在波纹段表现更为明显，在高温高压工作环境下，产品逐步分层乃至最终破裂。

产品的分层内部因素为胶布粘接力偏小;外部因素为硅橡胶管承压变形、安装变形、伸缩变形等，各种变形因素使变形严重处逐步分层，乃至最终破裂;目前系统仅安装变形可以消除，承压变形和伸缩变形均是系统特性，无法消除;在无法消除变形对硅橡胶管分层影响的情况下，唯一的改进途径是提高产品自身的粘接力，使其外部因素作用下产品不分层。

因此，根据故障分析结果，重新选定了新的耐热胶管，在随机抽取了3件試件进行了粘接力测试，且试件前期已进行了200℃加温，粘接力分别为0.7kN/m、0.9kN/m 和1.5kN/m，粘接力远高于原先的0.3kN/m。而且，高温高压、常温低压循环寿命试验和1300次耐久性试验验证，整体性考核均满足要求。

4 结论

根据某型飞机除冰系统耐热胶管破裂失效分析，在外部因素无法消除的情况下，要满足系统使用要求，提高产品粘接力是提升硅橡胶管产品性能的唯一途径。综上所述，引起某型飞机除冰系统耐热胶管破裂的原因为其自身布层粘结力较差，在机上承压变形、安装变形、伸缩变形等综合因素下，发生分层直至破裂，造成飞机机翼除冰系统功能失效。

参考文献

[1]桂业伟，周志宏，李颖晖，徐浩军.关于飞机结冰的多重安全边界问题[J].航空学报，2017（02）.

[2]王晋，纪双英，益小苏，赵文明.飞行器防/除冰技术研究进展[J].航空制造技术，2015（S2）.