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飞机也有皮肤病?看看工程师们的“圣手仁心”

 


我们都见过飞机在天空中翱翔的壮阔场景,但是我们都不曾想到,飞机这种庞大而复杂工业机器竟然有时候也会得“病”。目前威胁人类生存的的三大疾病是癌症、心脏病和心脑血管疾病,对于飞机来说,“皮肤病”会影响飞机的整体寿命。


一、“皮肤病”介绍


什么是飞机的“皮肤病”呢,简单而言,就是飞机的各种零部件的表面质量问题。我们先看几幅图片来认识一下“皮肤病”吧。

 



是不是被这图吓了一跳?小编也被吓坏了。首先声明,小编可以保证这幅图片来源的真实性。这是在2007年11月2日上午美国空军F-15C型战机空中解体的画面。产生这么惨烈的事故原因就是在飞机上纵梁上的各种疲劳裂纹,在空中急转弯时过大的负载直接造成了疲劳裂纹扩展断裂,导致了事故的发生。

下面来看第二幅图片。

 



这幅图片小编曾经见到过,这是1988年美国的一场空难,客机在飞行时机身前段大片上蒙皮脱落。究其原因,主要是因为飞机机身舱压作用造成的上下蒙皮叠接处的腐蚀裂纹。在空中压力作用下逐渐扩展造成蒙皮脱落。

 



疲劳裂纹和腐蚀裂纹这两种飞机“皮肤病”已经把小编吓坏了。除这两种之外,还有各种各样的飞机皮肤病,如果不加以“治疗”,就可能会导致机毁人亡的严重后果。那飞机的各种皮肤病应该如何治疗呢,听小编一一道来。


二、表面处理“治疗”




人们的皮肤病有各种各样的治疗手段,比如涂抹药膏、内服药、清创处理等等。飞机“皮肤病”的治疗手法也与之相似。众多“治疗”手段当中,表面处理是最为常用和最为关键的方法之一。

 

什么是表面处理“治疗”呢?首先来一段专业的定义:利用现代物理、化学、金属学和热处理学科的边缘性技术来改变零件表面的状况和性质,使之与心部材料优化组合,已达到预定性能和要求的工艺方法称为表面处理。

 

简单的说,表面处理就是采用某种方法对表面进行加工,改善表面质量,治疗和预防飞机的各种“皮肤病”。

 



人类的皮肤病有各种各样的治疗方法,对于不同的皮肤病治疗方法也不同,飞机也是一样。本次小编先带大家认识几种治疗方法。

1.表面淬火




表面淬火是指不改变钢的化学成分和心部组织的情况下,利用快速加热将表面奥氏体化后快速冷却,使表面硬化的一种热处理方法。


在航空工业中,飞机各种零部件的生产离不开表面淬火工艺,这种方法是“预防”飞机各种冷部件出现“皮肤病”的重要手段之一。

 

在飞机的大型发动机齿轮、飞机主梁、压气机叶片等重要零部件都进行表面淬火。


2.喷砂



喷砂,顾名思义,是利用高速喷射出的砂砾或铁粒,对工件表面进行撞击,以提高零件的部分力学性能和改变表面状态的工艺方法。


在航空工业中,喷砂作用是提高零件的机械强度和耐磨性、抗疲劳和耐蚀性,这对于开篇所述了两种皮肤病“疲劳裂纹”和“腐蚀裂纹”具有很好的“预防和治疗”作用。


 



飞机的起落架、机翼、发动机、起落架、驱动装置、或传动零件(齿轮),均采用喷砂处理技术满足其材料的性能指标。




3.抛光——去除死皮




抛光,顾名思义,是对零件表面进行修饰的一种光整加工方法,可以得到非常光滑的表面,极大优化零件表面粗糙度。


看看抛光后的零件效果,小编不说话,只上图。




小编觉得这些零件都可以当镜子了。




抛光在航空制造中的作用是什么呢?又可以解决那些飞机的“皮肤病”呢?下面听小编细细讲。首先大家肯定见过飞机上的各种仪器仪表、机舱窗户玻璃。大家可不要小瞧这些玻璃,这些玻璃的光洁度和强度很大程度上关系到飞机的飞行安全。





飞机在空中飞行时,必须要求各种仪器表盘、机身玻璃等能够承受较高的温度和更大的冲击载荷,因此必须具有抗银纹性和抗裂纹增长性,要求具有高的透明度,不允许表面有点状缺陷和光学畸变等。




目前为解决有机玻璃的厚度公差、点状缺陷和光学畸变,均采用了对成型前的航空有机玻璃进行研磨抛光机械精加工的方法。经抛光后的玻璃,表面性能优异,用于制造飞机风档座舱盖。


抛光的另一项重要应用就是在飞机发动机叶片的生产和制造中。




航空发动机叶片在使用过程中在低周范围内承受大的重复载荷,因此彻底改善微观不平度和使表面层强化是提高叶片寿命的最重要的途径,喷丸和抛光是解决这一问题的重要手段。




讲到这里,大家有没有觉得抛光像是在“去除死皮”呢?其实就是这样。抛光重要作用之一就是保持表面光洁美观,而在航空制造中,还具有提高零件寿命,减少表面裂纹的作用。

 

4.激光表面强化——烤电治疗




激光表面强化技术,小编顿时感觉这是一项高大上的技术。其实原理很简单,激光表面强化技术就是用聚焦的激光束射向工件表面,在极短的时间内将极薄的表面材料加热到相变或熔点以上温度,又在极短时间内冷却,使工件表面淬硬强化。




好像很复杂的样子,看张原理图,你就懂了。




简单来说,就是利用激光加热工件表面然后急速冷却,使得材料表面改性。




这种技术在军用和民用飞机中都有广泛应用,飞机中有大量的金属构件,并且广泛用于飞机表面损伤修复。在飞机某些需要局部强化的零件生产中,该项技术也有大量应用。




小编想这项技术是不是与烤电治疗皮肤病非常相似呢,哈哈~


5.表面合金化——涂覆乳膏药





表面合金化技术,就是通过物理方法,使添加材料进入基体,形成合金化层,这项技术最为广泛的应用就是金属的渗碳和渗氮处理。




这项技术听起来好像很高大上的样子,但是其基本原理非常简单,就是利用某些方法使得碳或氮等元素扩散入工件表面,以改变工件表面的特性。简单一点,就好比小时候家里烧煤炭,煤炭堆放在墙角,不就墙角也就变黑了。




在航空工业中,表面合金化技术有着广泛应用。由于部分航空零部件需要承受很大的温度变化和应力变化,并且需要提高部分材料高温抗氧化性能以延长零件寿命,这些功能均可以通过表面合金化技术来实现。




从某个角度来说,表面合金化技术与涂覆膏药治疗皮肤病非常相似,但是又有不同,表面合金化技术主要用于提高工件的表面性能,预防飞机某些零件的“皮肤病”。

 



小编继续带领大家探寻“飞机皮肤病治疗和预防”的奥秘。


6.表面涂层技术——涂覆防晒霜


面对烈日炎炎的夏天,很多爱美的女性都会涂抹防晒霜来保护皮肤。

 



对于飞机的某些零件和飞机机身一样,由于飞行过程中环境变化较大,也需要“涂抹防晒霜”来保护飞机或零件表面,这就是表面涂层技术。

 


表面涂层技术的定义是:通过物理、化学方法,使添加材料在基体表面形成镀、涂层,基材不参与涂层的形成。

 



表面涂层技术在飞机中有着广泛的应用。首先对于某些战斗机而言,飞机的隐蔽性至关重要,如何做到不被敌方雷达侦测到呢?表面涂层技术在此大显神威。

 



以“苏-35”战机为例,这种战机具有优异的隐身性能,机身表面采用了雷达吸波涂层和复合材料,正是这种雷达波吸涂层的应用,有效降低了飞机的雷达反射截面。


如果说雷达波涂层保护飞机不属于“预防治疗飞机皮肤病”,在航空发动机制造领域,涂层的应用可是大大提高了飞机零件寿命,减弱了“皮肤病”的发生概率。

 


现代航空发动机设计将集中于减少燃料消耗和增强推重比,同时提高可靠性和寿命。满足这一需求面临结构设计和新材料的挑战,其中表面涂层技术对突破这些瓶颈有重要作用。现代航空发动机有75%以上的零件都涂敷各种涂层以改进性能和可靠性。


 



表面涂层技术主要有热喷涂、真空镀、电镀、印刷等种类。下面小编展示几幅喷涂技术的原理图片,你就能明白具有如此重要作用的喷涂技术,是怎么一回事儿了。

 

 



 7.表面转化膜技术——使用美白液




爱美之心人皆有之,现在的女同胞们都强调美白护肤,对于飞机来说,各类零部件除了具有优异的质量和性能外,对于某些裸露在外的零部件,其“美白护肤”工艺尤为重要,这就是“表面转化膜技术”

 

表面转化膜技术是指通过化学方法,使添加材料与基体发生化学反应,形成转化膜。主要包括钢铁的发黑与磷化处理,不锈钢的着色,铜合金着色以及铝合金的氧化与着色等。

 


下面就以航空制造领域常用的发黑工艺为对象,进行简要介绍。发黑的工艺流程如下图所示。

 


在航空工业中, 黑色化处理主要用在三种范围:200度以下, 在滑油中工作的零部件;精确度尺寸公差小的配合零件。要求黑色外观且不能采用其它方法处理的零件。点火系统抗氧化的零件。

 



金属的黑色化处理常用于零件和产品的修饰,还可以改善金属表面的性能(如抗蚀性、抗磨损性等)特别是在光学仪器中,有时需要对零件表面进行消光,在其表面制取黑色转化膜。


8.滚压——紧致皮肤




人们都不希望看到自己产生皱纹,对于飞机也是一样。滚压工艺是常温下用硬质滚柱施压于旋转的工件表面上,使工件表面塑性变形,硬化,从而获得准确、光洁、强化的表面的技术。

 



在飞机制造过程中,滚压技术在起落架的制造中有着极为重要的应用。起落架活塞杆是飞机的重要零部件之一,它对飞机的安全起落起着至关重要的作用。

 



镀铬的镀铬的活塞杆在作气密性试验中,当气压大于4.9MPa时,气体会通过铬层网纹和气孔由产品的内腔漏到外面,称之为铬层漏气(俗称“冒汗”)。

 



如果对已有的铬层裂纹进行滚压,可望提高铬层的气密性。滚压可以使铬层网纹和气孔变得很密实,阻断气体流动的通道,以解决由于铬层裂纹而产生的“冒汗”现象,保证铬层气密性达到设计要求。


好啦,关于飞机皮肤病和治疗方法的内容小编就先介绍到这里啦,欢迎广大读者与小编交流!



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