MA600 飞机发动机短舱隔热层脱落原因分析及修理工艺改进研究*

■ 盛腾飞/中国民用航空飞行学院

1 故障现象

我院两架MA600 飞机使用一定年限后，发动机短舱防火涂层均出现了不同程度的开裂、脱层现象。具体表现为：短舱蒙皮部分区域出现鼓包；鼓包中心处飞机涂层与铝合金短舱蒙皮剥离；随着鼓包区域的发展，鼓包中心处涂层出现脆性开裂，并逐渐脱落；脱落后出现裸露蒙皮金属，涂层断层处可见明显的分层结构。分层结构如图1 所示。

对剥离的漆层取样发现，该漆层脆性很大，稍微施加外力即变成乳白色粉末状固体，可以被丁酮等有机溶剂褪去。蒙皮涂料剥离呈现片状分布，蒙皮剥离程度后舱较前舱严重，后舱防火涂层剥离的粉末化程度也更高。

2 原因分析

查阅服务通告[1]，该机型采用的是FLAME CONTROL NO.173 加FLAME CONTROL NO.190 两种涂料组合而成的喷涂方案，同时咨询飞机生产厂家了解到，MA600 飞机发动机短舱的喷涂方案以FLAME CONTROL NO.173为防火涂层底漆，FLAME CONTROL NO.190 为防火涂层面漆，因此图1 中“防火涂层”的主要成分是FLAME CONTROL NO.173，“面漆”的主要成分是FLAME CONTROL NO.190。采集脱落的漆层，在高倍光学放大镜下观察，FLAME CONTROL NO.173 和FLAME CONTROL NO.190 存在明显的界限，其中FLAME CONTROL NO.173 漆层显著膨胀和粉末化，FLAME CONTROL NO.190 面漆的状态较为平整，未发生膨胀和粉末化。通过观察法可以得出，MA600 短舱防火漆层大量脱落的原因为FLAME CONTROL NO.173 涂层的膨胀化和粉末化。

图1 短舱蒙皮漆层脱落分层机构示意图

查阅FLAME CONTROL NO.173 的技术说明文档[2]，该型防火涂料的作用机制是遇到高温灼烧时通过膨胀形成厚而密的防火屏障，即该涂料在遇到高温时会主动膨胀化来抵御高温。根据FAA的测试数据，0.033in 厚度的NO.173 涂层满足FAA 的 2000 ℉（约1093℃）高温下抗烧蚀15min 的要求，时间安全裕度约为50%（NO.173 可抵御烧蚀22min以上）。

分析FLAME CONTROL NO.173 涂层的防火原理，对防火涂层脱落的原因提出假设：MA600 飞机发动机短舱蒙皮防火涂层虽未出现过着火情况，但由于短舱接近发动机本体，涂层长期受到发动机运行高温的烘烤，提前发生了老化，表现为漆层膨胀化、粉末化，因此失去防火作用，从蒙皮上剥离。

2.1 防火涂层数学模型

为了验证该假设，需要证明涂层膨胀化和粉末化程度与短舱内温度的关系，按以下步骤建立数学模型：

1）以飞机短舱隔框为单位，将MA600 短舱发动机蒙皮分成若干区域，如图2 所示；

图2 发动机上蒙皮分区图

2）测量每个区域在发动机运行时的温度T；

3）测量每个区域中发生膨胀化和粉末化的防火涂料面积（网格近似法）；

4）计算膨胀化的防火涂料面积占该区域的百分比D，D 可以近似表征该区域防火涂料的损坏程度（损坏率）；

5）通过分析软件证明T 和D 的数学关系。

所使用的测量条件和方法为：

1）外界温度1℃，湿度39%；

2）使用德力西DM-5002 型红外测温仪，测温范围-50℃～500℃；

3）飞机发动机推完大车，充分运行，随后将发动机油门杆推至慢车状态，测量发动机在运行下的蒙皮温度。为了保证温度的准确性，在每块蒙皮取5 个点进行测量，取平均值表征该区域的平均温度T。

选取我院某架发生该典型问题发动机包皮，经过实际测量，该发动机运行时包皮所在区域的温度T 和该处防火涂层膨胀化程度如表1 所示。

表1 实测数据

通过Origin 软件测算，对上述数据做线性拟合，拟合曲线如图3 所示。

由图3 可以看出，防火涂层的损坏程度与该区域的运行温度有一定关系，进一步通过软件测算出近似函数关系，如表2 所示。表2 中，R-Square=0.95341，拟合度较高。

表2 温度T与损坏率D之间的函数关系

图3 区域温度与漆层损坏率之间的线性拟合

2.2 防火涂层膨胀化的分析

根据上述测算结果，MA600 飞机发动机短舱防火涂层损坏程度D 和该区域运行温度T 近似呈现二次函数关系，该区域的运行温度T 越大，防火涂层膨胀化（损伤）程度越高，因此高温是导致该区域防火涂层膨胀化、粉末化的直接原因。结合FLAME CONTROL NO.173防火漆技术说明文档里的防火特性，该涂料在遇到高温时会主动膨胀化来抵御高温，因而得出结论：根据FLAME CONTROL文档，该种涂料在2000℉（约1093℃）高温下能够抗烧蚀15min，但当温度远没有达到2000 ℉的着火温度时，发动机短舱内部的防火涂层在发动机运行高温长期烘烤下仍会发生老化现象，漆层损坏率和该区域的温度的平方呈正相关。

3 结束语

由上述分析可知，FLAME CONTROL NO.173 防火漆不适用于高温区的防火保护，该漆层在发动机长期炙烤下会加速老化发生膨胀化和粉末化。要解决该问题，需将MA600 的所有防火漆层褪掉，重新喷涂耐高温的防火漆层。飞机厂家已发布最新服务通告[1]，将防火涂料改为HDY-ARR-1 型涂料，经西飞民机验证，该涂料能够有效避免FLAME CONTROL NO.173 防火漆层类似的问题。