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南昌航空大學(xué) 飛機(jī)座艙蓋有機(jī)玻璃的應(yīng)用和修理方法 一、 有機(jī)玻璃在飛機(jī)中的應(yīng)用和其性能特點 1有機(jī)玻璃的簡介及其在飛機(jī)中的應(yīng)用 1.1有機(jī)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(jī)座艙蓋有機(jī)玻璃的主要品種有：增塑的澆鑄有機(jī)玻璃，如YB—2、YB—3；共聚的澆鑄有機(jī)玻璃，如YB—4；不增塑的定向有機(jī)玻璃，如DYB—3、MDYB—3；增塑的定向有機(jī)玻璃，如DYB—2；共聚的定向有機(jī)玻璃，如DYB一4、MDYB一4。 戰(zhàn)斗機(jī)的座艙蓋有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是由固定風(fēng)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(jī)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(fēng)擋的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)把前風(fēng)擋、側(cè)風(fēng)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(jī)種上使用，如殲8白天型飛機(jī)等。 圖一 殲八B座艙蓋 圖二 蘇—27座艙蓋 ( a). YB—2航空有機(jī)玻璃(2號航空有機(jī)玻璃)YB—2是我國最早生產(chǎn)和使用的航空有機(jī)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)5和轟5等飛機(jī)的座艙蓋，轟6飛機(jī)的第二領(lǐng)航艙玻璃、尾觀察窗玻璃等。 (b).YB—3航空有機(jī)玻璃(3號航空有機(jī)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(jī)玻璃無色透明，強(qiáng)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(jī)氣密座艙的透明件和其他透明件，如各型殲7飛機(jī)座艙蓋等。 圖三 轟五座艙蓋 圖四 殲7飛機(jī)座艙蓋 (c).YB—4航空有機(jī)玻璃(4號航空有機(jī)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(qiáng)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(jī)座艙蓋上使用。 （d）.4DYB—2、DYB—3、MDYB—3航空有機(jī)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(jī)玻璃，經(jīng)熱拉伸而制成的定向航空有機(jī)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(jī)玻璃板材。它們的強(qiáng)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(qiáng)度明顯下降，成形工藝較復(fù)雜。 （e）.DYB—4和MDYB—4航空有機(jī)玻璃DYB—4是YB—4經(jīng)熱拉伸而制成的定向航空有機(jī)玻璃，再經(jīng)研磨拋光制成MDYB—4。其強(qiáng)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(qiáng)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(jī)主要機(jī)型座艙蓋有機(jī)玻璃的牌號見表1。 表1戰(zhàn)斗機(jī)主要機(jī)型座艙蓋有機(jī)玻璃的牌號 圖五 殲八E座艙蓋 圖六 F16座艙蓋 2.有機(jī)玻璃的性能特點 1.主要優(yōu)點: (1)具有特別優(yōu)異的光學(xué)性能.由于航空有機(jī)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(xué)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(xué)畸變；表面出現(xiàn)的光學(xué)缺陷或表面產(chǎn)生的影響光學(xué)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(qiáng)度好.航空有機(jī)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(jī)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(jī)玻璃的抗拉強(qiáng)度大于63．6MPa，壓縮強(qiáng)度大于127．4MPa，靜彎曲強(qiáng)度大于117．8MPa，基本上滿足了飛機(jī)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(jī)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(qiáng)度從77．6MPa下降到70．8MPa，拉伸彈性模量從3005MPa變?yōu)?009MPa?？傊谒芰现谐朔芰弦酝?，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(jī)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(jī)械加工方法，如車、銑、刨、磨、拋光、鉆孔、鉸孔和鋸割等方法進(jìn)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(jī)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粒或物體，與航空有機(jī)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(dāng)敏感，抗裂紋擴(kuò)展能力不夠好。澆鑄有機(jī)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(kuò)展能力不高。板材和制件表面的任何機(jī)械損傷，或工作損傷都會降低其強(qiáng)度，如深度為0．1mm的劃傷會使沖擊強(qiáng)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(xì)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(jī)玻璃的透光率，影響飛行員觀察，而且會引起強(qiáng)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(jī)玻璃的線膨脹系數(shù)比金屬材料大得多，如果有機(jī)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(jī)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(qiáng)度、彎曲強(qiáng)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(qiáng)度與20~(2時相比，分別降低60％和70％。在O~C以下，有機(jī)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(jī)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(xué)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(jī)玻璃吸水性強(qiáng)，吸水后抗銀紋性、物理性能和力學(xué)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(jī)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(dá)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(jī)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(jī)玻璃結(jié)構(gòu)的修理方法 飛機(jī)座艙蓋有機(jī)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(jī)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(jìn)行檢查。當(dāng)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(xì)磨，一般情況下是先粗磨后細(xì)磨。粗磨用粒度號較低的砂布、砂紙打磨，細(xì)磨用粒度號較高的水砂紙或金相砂紙進(jìn)行打磨，并酌量浸水。 排除座艙蓋有機(jī)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(jī)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(xì)磨，最后拋光；若深度較淺，可用脫脂棉沾2號有機(jī)玻璃拋光膏打磨，恢復(fù)有機(jī)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(jìn)行打磨，使壓力均勻分布在打磨面上。 有機(jī)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(jī)玻璃的打磨 光現(xiàn)象。 2.座艙蓋有機(jī)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(jìn)行保護(hù)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(jìn)入雨水，加速膠的變質(zhì)，嚴(yán)重時影響粘接強(qiáng)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(jī)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(jìn)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(dāng)?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(jìn)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(dāng)在玻璃外表面嚴(yán)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(jìn)入空氣(光疏媒質(zhì))，而是進(jìn)入玻璃(光密媒質(zhì))了，所以光線就會沿EB方向射進(jìn)三棱鏡。當(dāng)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(jìn)入到AC位置，進(jìn)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(xì)檢查。 (3)扒膠檢查法 在目視(或三棱鏡檢查發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重老化、開膠時，要扒掉座艙蓋外側(cè)保護(hù)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(jìn)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(jī)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(dāng)座艙蓋有機(jī)玻璃與滌綸帶粘合處有輕微的、局部的脫落，對其膠合強(qiáng)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(qiáng)度低于重新更換滌綸帶的膠接強(qiáng)度。 (2)當(dāng)座艙蓋有機(jī)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(qiáng)帶的方法進(jìn)行修理。 膠補加強(qiáng)帶的具體步驟如下(如圖十四所示)：第一步，準(zhǔn)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(jī)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(qiáng)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(qiáng)帶。用電烙鐵將滌綸帶澆割成寬度為30mm的加強(qiáng)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(qiáng)帶時，應(yīng)選用緞紋部分，以便膠液容易滲透。用毛刷在加強(qiáng)帶和有機(jī)玻璃的粘合部位涂膠，停放lOmin，把加強(qiáng)帶貼在有機(jī)玻璃粘合處，加強(qiáng)帶的一半與原來滌綸帶粘合，另一半與有機(jī)玻璃粘合。在加強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(dāng)?shù)匮娱L加溫時間。 第五步，在外側(cè)涂XM—16密封膠保護(hù)層，在外側(cè)用XY—401膠粘貼航空氣球膠布。 三、座艙蓋有機(jī)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(dāng)時飛機(jī)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(zhǔn)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(fēng)玻璃上有血跡，而且血還在流；再仔細(xì)一看，外層玻璃沒有碎，但是出現(xiàn)了很多細(xì)小的裂紋，能夠感覺到有風(fēng)。 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(jī)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(jī)駕駛艙左側(cè)舷窗處被撞開裂。當(dāng)時飛機(jī)處于高空，事發(fā)后機(jī)長沉著操控飛機(jī)返回，20分鐘后安全降落浦東國際機(jī)場，旅客和機(jī)組人員均安然無恙。 事件三：蘇-27飛機(jī)降落時由于外來物襲擊導(dǎo)致座艙蓋有機(jī)玻璃破孔。 圖十七 蘇-27座艙蓋 事件四：某型飛機(jī)座艙蓋玻璃后弧花槽裂紋。 圖十八 圖十九 四、飛機(jī)座艙蓋破損及其修理方法 1、對于事件二東航航班飛機(jī)駕駛艙左側(cè)舷窗處被撞開裂小口的修理 有機(jī)玻璃裂紋的檢查與處理裂紋深度對有機(jī)玻璃的強(qiáng)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(jī)玻璃折光的影響，當(dāng)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(jìn)行準(zhǔn)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(xí)慣上把GC稱為測量深度。 經(jīng)計算，有機(jī)玻璃的折光率為1．49，察線和有機(jī)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(dāng)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(jī)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(jī)玻璃一般不允許存在有裂紋。當(dāng)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(jī)型，認(rèn)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?fàn)顩r，確定處理意見。當(dāng)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(jī)座艙蓋玻璃后弧花槽裂紋分析及修理。 某飛機(jī)修理廠近幾年來已經(jīng)連續(xù)發(fā)現(xiàn)幾起某型飛機(jī)座艙蓋有機(jī)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(jī)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(jī)空中爆蓋 ), 為了徹底解決這一難題, 現(xiàn)以該廠某飛機(jī)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(jī)座艙蓋有機(jī)玻璃的結(jié)構(gòu)如圖十八所示。該飛機(jī)座艙蓋返廠后分解發(fā)現(xiàn)此塊有機(jī)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(jī)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(yán)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(dāng)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(jī)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(jī)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(jī)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(qiáng)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(jī)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(dāng)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(qiáng)度減弱, 因而容易在強(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(qiáng)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。現(xiàn), 當(dāng)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(jī)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(jī)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(jī)玻璃破損預(yù)防的建議 由于座艙蓋有機(jī)玻璃是飛機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)玻璃機(jī)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(jī)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(dāng)切削刃還未完全進(jìn)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(jìn)行 保護(hù), 避 免劃傷、碰傷, 加工端面應(yīng)進(jìn)行打磨拋光, 保證其具有較低的表面粗糙度。當(dāng)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(dāng)?shù)卮笥趽p傷范圍; ( 4)、 有機(jī)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(jìn)行模壓處理, 或者當(dāng)螺栓孔不正時切忌強(qiáng)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(jìn)行回火處理以消除殘余應(yīng)力; ( 5)、部隊在使用維護(hù)過程中應(yīng)禁止用有機(jī)溶劑擦 ( 如油漆、酒精、丙酮等 ) 拭玻璃表面, 用拋光膏打磨有機(jī)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(jī)玻璃一般不允許存在有裂紋。當(dāng)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(jī)型, 認(rèn)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?fàn)顩r,確定處理意見。當(dāng)裂紋較大時, 要停飛進(jìn)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(xué)院飛行器制造專業(yè)08032321蘇劍波