通版阅读请点击:
展开通版
收缩通版
当前版:14版
发布日期:
海上环境下直升机的维护分析综述
夏子玄 董筱凡
文章字数:4723
  摘要:随着时代的发展,直升机在我国各个领域得到广泛的应用,作业范围覆盖高原海岛等各个环境,尤其在海上环境下,直升机会面临盐雾腐蚀、复杂天气和高温高湿等影响。本文针对海上环境下直升机的特点和维护保养进行探讨,重点介绍海上环境下直升机的维护方法与注意事项,从而提高维护人员的维护效率,提升保障能力。
  关键词:海上环境;直升机;维护分析;盐雾腐蚀;复杂天气;高温高湿;
  海洋对于我国而言具有根本性、战略性和全局性的重大意义,若单纯依靠传统船舶作业,难以避免速度慢与作业不灵活的缺陷,直升机能够垂直起降的特性,决定了其能够在船舶甲板或者海上平台起降,从而具备了起降灵活、响应迅速、功能多样和低空作业能力强等优点,在海上的运用越来越广泛。当直升机的维护场景从陆地变为海洋后,与之相对应的直升机维护的特点也随之改变,在海上环境中,由于直升机的海上维护受盐雾腐蚀、复杂天气和高温高湿等不良影响,所以应根据海上环境特点深入分析,通过改善维护手段,从而提升飞行效率,保障飞行安全。
  一、海上环境对直升机的影响
  (一)盐雾腐蚀的影响

  海上环境的高盐雾,极易造成飞机金属结构的电化学腐蚀,主要是由于直升机表层结构中的金属会与海水中的盐分、水分形成原电池,从而加速金属的氧化和溶解。同时,高盐雾还会对直升机的表面涂层造成严重破坏,使其防护作用大幅度降低,进一步加剧了金属腐蚀。有关直升机腐蚀速度的既往研究发现,陆基直升机年均盐雾腐蚀速率约0.1-0.5μm/年,而海上平台周边可达50-100μm/年,且距海岸50公里海域仍比内陆高10倍[1]。并且由于涡轴发动机的动力学特性,导致其在高盐雾环境中更易发生腐蚀,因为当盐雾进入涡轮叶片时,会与高温燃气反应生成熔融盐(如Na2SO4等),从而加速叶片涂层剥落。不仅如此,海上环境的高盐雾还会使飞机电气系统的绝缘性能下降,引发短路、漏电等故障,直接威胁飞行安全[2]。
  (二)复杂天气的影响
  直升机在陆地上有平整的跑道可供其起降,在海上则常常需在摇晃的甲板或浮动平台上悬停,加上海上气象条件复杂多变,强风、暴雨、雷电等恶劣天气频繁出现,这些都将直接影响到直升机的维护保养。海上的强风,尤其是超过直升机设计极限风速的强风,会导致旋翼迎角异常,产生剧烈挥舞载荷,从而可能引发桨叶裂纹或传动系统疲劳,据统计,直升机在海上飞行时主旋翼桨叶交变载荷相比陆上增加30%,裂纹发生率显著提升[3]。此外还有,低空风切变可使直升机空速瞬间发生改变,导致升力骤降。这类问题在海上救援中表现更甚,直升机在甲板起降时,若侧风分量超过15节就有可能导致机身横向偏移,甚至滑出甲板,就算在甲板上,甲板的紊乱气流和周期性强风还可能引发机身共振。
  (三)高温高湿的影响
  在海上,不同纬度下气温存在较大差异,特别是在热带海域,年均湿度超过85%且温度常年维持在28℃以上,加上部分海域昼夜温差可达15℃,所以最终形成了海洋上高温高湿且昼夜温差大的环境特点。昼夜温差的大幅度变化,导致了直升机在海上飞行时,机上密封圈和减震垫等橡胶部件的寿命将大幅度缩短,据统计橡胶部件的寿命从陆地的5年可缩短至2~3年[4]。
  而高温对于直升机上的电子设备以及机械部件也有着致命影响。对电子设备而言,长时间的高温环境不仅会导致散热效率降低,更有甚者会致使设备中的电子元件发生膨胀软化等现象,导致设备故障。而对于机械部件而言,由于直升机上传动部位的润滑散热主要依靠滑油,而滑油在高温环境下的黏度会大幅降低,所以将导致轴承齿轮等机械部件的磨损加剧,影响飞行安全。
  另外,由于海上多浓雾,也带来了两个典型的不利条件:沙尘颗粒与水汽。海上空气中的沙尘颗粒虽然粒径通常小于50μm,但在高速气流作用下,仍会对发动机叶片、机翼前缘等部位产生冲蚀磨损,降低部件的性能和使用寿命。研究表明,当风速超过15m/s时,沙尘颗粒对金属表面的磨损深度可达约0.1mm/年[5]。而若发动机在工作过程中吸入过量水汽,则可能引发压气机喘振,对于涡轴发动机而言,据统计当吞水量超过0.5kg/s时,喘振概率将增加约65%,另外过量水汽还可能导致涡轴发动机进气道的除冰系统失效,从而导致压气机叶片结冰脱落,危及飞行安全[6]。
  二、海上环境下直升机的维护分析
  (一)面临的挑战

  首先,传统的目视检测在海上易受盐渍、水雾干扰,导致常常难以发现机身上的微小腐蚀,而虽然使用无损检测技术可长距离检测结构缺陷,但在复杂海况下信号衰减率高达30%,即使相控阵超声检测对曲面部件的检测精度也会因盐雾附着降低15%—20%[7]。其次,由于防腐涂层施工需严格控制环境湿度和温度,但海上平台作业时湿度常超过80%,所以导致机身涂层附着力相比陆上会下降30%以上。而且修复磨损部件时,常采用超音速火焰喷涂等特殊工艺,对设备和人员技能要求极高,而且在高温、高湿及盐雾的侵蚀下,维护人员的作业效率会下降近40%,且长期暴露可能引发皮肤过敏和呼吸道疾病,狭小的舰载机维护空间更进一步限制了操作灵活性。另外,由于海上作业远离陆地,维修备件运输周期长,且需应对海浪颠簸,易导致备件损坏,这更加剧了维护人员的作业难度[8]。
  (二)传统应对及维护措施
  海上直升机维护中最突出和典型的问题就是盐雾腐蚀。根据腐蚀的不同部位及不同特征,我们可以采用不同的维护措施。一是及时清洗直升机,在直升机海上飞行完毕后,维护人员应当第一时间全面冲洗直升机,并且要使用经过一定比例稀释后的专用清洗剂进行清洗,清洗过程中要特别关注直升机的缝隙或连接处等易于积攒盐分水分的部位,清洗结束后及时擦干机身,预防腐蚀的发生。二是要对损坏的零件及时进行填充更换,当发现零件磨损或保护涂层损坏时,应尽快找出原因并制定补救措施,在其中尤其要重点注意材料的选用和部附件的密封性,避免因维修差错导致对直升机产生更大的损害。三是要切实提升机务人员的专业素养,特别是要深入学习防腐蚀相关知识,在扎实的理论基础支撑下正确开展直升机防腐蚀工作。
  然而面对海上的复杂天气,其综合维护较为复杂,专业技能提升及相关预防检查至关重要。对飞行员而言,要扎实提高飞行技能和心理素质,特别是复杂天气下的仪表飞行,同时在日常针对各种险情和故障进行深入训练,从而面对不同的复杂气象能够采取正确的应对措施。对于维护人员而言,一是要做好飞行前的气象监测和预报,为直升机的飞行提供准确的气象信息;二要深刻了解不同天气下直升机的飞行特点,飞行前做好预防保护措施,飞行后对重点部位进行细致检查。
  此外,面对高温高湿的环境特点,维护人员应做到以下几点:一要保持直升机机体尤其是发动机与散热器的干燥清洁;二要关注飞行前后直升机的各处温度;三是飞行后及时打开整流罩进行通风散热;四是直升机在室外停放时,要盖好蒙布、罩布、各种堵塞、堵盖和舱口盖;五是直升机在地面停放时应接地,并在周边备有灭火器材;六是在空气湿度过高时,不对直升机进行拆解工作;七是对各机械部件涂上合适的润滑脂,对锈蚀和脱漆的部位及时进行除锈补漆工作。
  (三)现代应对及维护措施
  针对海上高温、高湿、高盐雾环境对直升机维护带来的严峻挑战,现有研究已发展出多种材料防护体系,并根据不同体系的涂层修复技术和特性开发出相关维护技术,旨在辨析其优劣与应用场景,为该领域的技术选型与体系优化提供依据。本文系统阐述了五种现代典型材料防护体系,如表1所示。
  表1五种现代典型材料防护体系

  针对部附件的日常维护保养,目前大部分海上直升机机型所搭载的发动机均设计有专门的清洗通道,所以要通过使用蒸馏水或专用的乳化液等清洗剂,以及专用清洗设备,对发动机内部进行冲洗,减少海水对发动机的腐蚀损伤。对于易接触海水的关键金属部件,可先用适当粗细的砂纸打磨锈点,再使用WD-40除锈润滑剂以及欧德素金属擦亮膏进行除锈,除锈完成后喷上蒙皮漆,再喷上硬膜缓蚀剂。若是螺栓等固定金属零件,可在除锈完成后使用室温密封剂进行密封防水处理。对于起落架镀铬层腐蚀,应当先用抹布蹭掉表面锈点,再薄涂一层液压油,加强保养。
  另外维护人员还可以利用一些先进技术进行维护保养。一是飞参趋势分析方法。这是一种实用的日常维护方法,能够有效弥补传统的直升机飞参判读方法缺乏故障趋势预测的不足。其主要分为极值分析法和均值分析法,极值分析法的优点是数据选取简单,数据表现力强。均值分析法的优点是使用的数据量大,一个均值数据就可以真实反映直升机一个时间段内平稳飞行状态下的量值水平,机务人员可根据实际情况进行选择。
  二是基于HUMS(直升机健康与使用监控系统)数据中心的直升机维护保障方法。HUMS是一个集传感器、地面支持设备及机载计算机监视诊断产品于一体的复杂系统。它使用传感器和机载计算机与地面支持设备的计算机相连以便连续观察、自动记录和分析飞行机载设备的性能特征,监测潜在失效,并对早期故障作出诊断,对机务人员而言,其使飞行安全得到了显著改善,获益安全性和维护性,且有计划地极大地减少使用成本和维修工时,在减少了专用的维护飞行并改善维护计划的同时,也减少了错误拆除和拆卸深度,从而增加了飞机的可利用性,同时为维护人员提供精确的使用记录[9]。
  三是直升机机械故障诊断技术。其中常用的诊断方案可分为常规诊断方案、定时诊断方案和视情诊断方案三种,由于直升机大多数机械故障问题都具有复杂性、相关性和层次性的特点,加之每种方法的应用优点及操作过程都存在较大的差异,所以需要维护人员根据实际情况进行分析,给出正确的修理方式。另外此方法还可以通过借力计算机平台,构建故障数据档案,实现智能故障诊断系统,进一步提高诊断效率、避免人为因素影响,从而降低直升机机械故障造成的损失。
  (四)发展趋势
  随着时代的进步与科技的发展,针对海上直升机的维护技术也迎来极大的提升。一是近年来,无损检测技术与AI的结合开始应用于飞机维护,好处是显著提升了检测精度。二是自修复涂层技术的出现,新型自修复涂层通过微胶囊或本征型修复机制,可自主修复涂层损伤。而中国科学家开发的智能防腐涂层,通过纳米胶囊按需释放缓蚀剂,可使铝镁合金的耐腐蚀寿命延长3倍以上。三是预测性维护系统的研发,基于物联网的预测性维护系统通过传感器实时采集设备数据,结合AI算法预测故障,能够帮助维护人员节约更多的时间和精力,从而对直升机开展精准维护。
  三、结语
  综上所述,海上环境下的飞机维护是一项复杂的系统工程,需对多种学科进行综合运用,在考验维护人员业务能力的同时,也是对精神与意志力的双重考验。面对盐雾腐蚀、复杂天气和高温高湿等影响,要根据实际情况进行维护方式的灵活转变。当然随着种种新技术的推广应用,海上直升机维护也将逐步突破现有瓶颈,向着智能化、绿色化和高效化方向发展,为我国海上经济的发展提供坚实保障。未来,无论身处何种维护环境,拥有何种维护条件,都需谨记海上航空安全的核心准则,如此方能应对日益严峻的海上环境挑战。
  参考文献:
  [1]梁义,王博,魏世丞,等.海洋浪溅区Zn涂层加速腐蚀实验模拟研究[J].材料导报,2017,31(10):51-55.
  [2]崔腾飞,吴建国,成洁楠,等.直升机腐蚀原因分析及全寿命周期防护技术[J].装备环境工程,2024,21(05):66-73.
  [3]傅百先.海洋环境及其对直升机飞行影响[J].航空学报,1989(04):192-195.
  [4] 林臻,李国璋,白鸿柏,等.金属橡胶在模拟海洋环境中的腐蚀行为及阻尼性能[J].机械工程材料,2014,38(10):69-73.
  [5]游文俊,王计真,杨强,等.毫米级球状沙尘颗粒连续冲击损伤的力学模型与数值模拟研究[J].航空科学技术,2023,34(01):84-96.
  [6]周志涛.吞水对风扇及航空发动机总体性能的影响研究[D].哈尔滨工程大学,2023.
  [7]黎渝歆.甚低频电磁波跨空气-海水界面传播特性研究[D].西安电子科技大学,2023.
  [8]温其穆,赵越超,孙嘉铖.人的因素在直升机舰面保障效能方面的影响[J].国际航空航天科学,2024,12(4):171-177.
  [9]徐丽清,汪慧云,巩玉楠,等.基于HUMS数据中心的直升机维护保障方法:2021年中国航空工业技术装备工程协会年会,中国山东青岛,2021[C].
  作者单位:海军航空大学青岛校区作者董筱凡系本文通讯作者

安徽科技报 电话/传真:0551-84908822
地址:合肥市高新区天智路19号原创动漫园北楼3036室
安徽科技报版权所有 陕ICP备05003879号
技术支持:锦华科技