飞机座舱盖有机玻璃的修理方法

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1、南昌航空大学航空制造工程学院飞行器制造专业08032321 苏剑波1 飞机座舱盖有机玻璃的应用和修理方法一、 有机玻璃在飞机中的应用和其性能特点1 有机玻璃的简介及其在飞机中的应用 1.1 有机玻璃俗称明胶玻璃，由甲基丙烯酸甲酯单体或甲基丙烯酸甲酯和其 他改性剂经本体聚合而成，是一种无色透明的热塑性塑料。 战斗机座舱盖有机玻璃的主要品种有：增塑的浇铸有机玻璃，如YB 2、YB 3； 共聚的浇铸有机玻璃， 如 YB 4； 不增塑的定向有机玻璃， 如 DYB 3、 MDYB 3；增塑的定向有机玻璃，如DYB 2；共聚的定向有机玻璃，如DYB一 4、 MDYB一 4。 战斗机的座舱盖有两种结构形式：

2、一种是由固定风挡和活动盖组成，这种结 构形式应用比较广泛，如图所示歼8B、苏 27 等飞机的座舱盖均采用这种结构 形式。另一种是只有活动盖而无固定风挡的结构，这种结构把前风挡、 侧风挡和 活动盖合并成一体，结构较为复杂，只在少数机种上使用， 如歼 8 白天型飞机等。图一 歼八 B座舱盖图二 苏27 座舱盖 ( a). YB 2 航空有机玻璃 (2 号航空有机玻璃 )YB 2 是我国最早生产和使用的航 空有机玻璃。它是以甲基丙烯酸甲酯和增塑剂为主要原料经本体聚合而制成的板 材。由于其不含紫外线吸收剂，所以容易发黄。该玻璃无色透明，强度较高，成 形加工等工艺性能好， 但其耐热性能较低， 适用于制造

3、飞机的非气密和气密座舱 透明件及其他航空透明件，如歼5、歼 6、强 5 和轰 5 等飞机的座舱盖，轰6 飞 机的第二领航舱玻璃、尾观察窗玻璃等。 (b).YB 3 航空有机玻璃 (3 号航空有机玻璃 )YB 3 是以甲基丙烯酸甲酯、少量 增塑剂和微量紫外线吸收剂为主要原料，经本体聚合而制成的板材。 该有机玻璃 无色透明，强度比YB2 略高，热变形温度和软化温度均比YB2 高，分别为 102C和 118C 。该玻璃可用于Ma22 以下各型飞机气密座舱的透明件和其他 透明件，如各型歼7 飞机座舱盖等。南昌航空大学航空制造工程学院飞行器制造专业08032321 苏剑波2 图三 轰五座舱盖图四 歼 7

4、 飞机座舱盖 (c).YB 4 航空有机玻璃 (4 号航空有机玻璃 )YB 4 是以甲基丙烯酸甲酯和甲基 丙烯酸作为主要原料共聚而成的板材，其强度和热变形温度比YB 3 高，加工性 能较好，但其耐老化性能比YB2、YB 3 差，因此 YB4 制成的座舱盖玻璃使 用寿命不长，只在歼8 白天型飞机座舱盖上使用。 （d）.4DYB 2、DYB 3、MDYB 3 航空有机玻璃 DYB 3 是将不含增塑剂的甲 基丙烯酸甲酯浇铸航空有机玻璃，经热拉伸而制成的定向航空有机玻璃板；而 MDYB 3 是将 DYB 3 经表面研磨抛光而制成的板材；DYB 2 则是由 YB 2 经 热拉伸而制成的定向有机玻璃板材。

5、 它们的强度比 YB 3 高， 抗银纹性和韧性好， 抗老化和耐疲劳性能有很大提高，对裂纹、缺口和应力集中的敏感性明显下降， 适宜硬式固定连接。 但耐磨性并未改善， 甚至还稍有降低， 层间剪切强度明显下 降，成形工艺较复杂。 （e）.DYB 4 和 MDYB4 航空有机玻璃 DYB 4 是 YB 4 经热拉伸而制成的定 向航空有机玻璃，再经研磨抛光制成MDYB 4。其强度比 YB 4 略高，抗银纹 性和韧性比 YB4 好，抗疲劳性能好，对裂纹、缺口和应力集中也不太敏感，但 耐磨性并未改善，层间剪切强度较低，成形工艺较复杂，耐老化性能仅比YB 4 略有提高。战斗机主要机型座舱盖有机玻璃的牌号见表1

6、。 表 1 战斗机主要机型座舱盖有机玻璃的牌号南昌航空大学航空制造工程学院飞行器制造专业08032321 苏剑波3 图五 歼八 E座舱盖图六 F16座舱盖 2.有机玻璃的性能特点 1.主要优点 : (1)具有特别优异的光学性能.由于航空有机玻璃是无定型透明的均质塑料，且其 表面便于磨平和抛光， 所以板材和制品都具有非常良好的光学性能。它的透光率 为 91-93，不仅优于其他透明材料，而且比硅酸盐玻璃高10以上；它的影 像变动较小， 较少出现光学畸变； 表面出现的光学缺陷或表面产生的影响光学性 能的其他缺陷，一般可用磨光和抛光等方法将其除掉。 (2)密度小强度好 .航空有机玻璃质轻而坚韧， 密度

7、约为 1 18k 旷 cm3， 比水略重， 不到硅酸盐玻璃12、钢铁 16，这对减轻飞机重量非常有利。其脆性比硅酸 盐玻璃小得多， 可以用来制作结构件， 且制件有一定的抗冲击和振动能力；有机 玻璃的抗拉强度大于636MPa，压缩强度大于1274MPa，静弯曲强度大于 1178MPa，基本上满足了飞机结构材料的要求。 (3)具有良好的耐气候性 .老化试验和实际使用都证明，航空有机玻璃耐气候性比 一般常用塑料优越。以YB 3 为例，在广州经5 年大气老化试验，透光率仅从 915下降到 89，常温抗拉强度从776MPa 下降到 708MPa，拉伸弹性 模量从 3005MPa变为 3009MPa。总之

8、，在塑料之中除了氟塑料以外，很少有其 他塑料具有如此良好的耐大气老化性能。 (4)具有优良的热塑性和加工性能. 有机玻璃加热到一定温度后， 逐渐软化变成高 弹态，依赖于模胎或夹具，可以获得各种复杂的几何形状，冷却后即可定型。同 时原板和成形后的毛坯，可用各种机械加工方法，如车、铣、刨、磨、抛光、钻 孔、铰孔和锯割等方法进行加工。 2.主要缺点 : (1)表面硬度不高，容易引起划伤和擦伤。航空有机玻璃的表面硬度一般在布氏 硬度值 170-250MPa之间，比硅酸盐玻璃低得多，接近软铝，因此容易引起划伤 和擦伤等。 特别是带有棱角的固体颗粒或物体，与航空有机玻璃表面接触时，极 易造成伤痕。 (2)

9、对缺口和应力集中相当敏感，抗裂纹扩展能力不够好。浇铸有机玻璃在室温 及低温下仍属于脆性材料， 因此对缺口和应力集中仍然是敏感的，耐疲劳性能不 好，抗裂纹扩展能力不高。 板材和制件表面的任何机械损伤，或工作损伤都会降南昌航空大学航空制造工程学院飞行器制造专业08032321 苏剑波4 低其强度，如深度为01mm 的划伤会使冲击强度下降60以上。材料中，特 别是边缘部分一旦生成裂纹， 往往只要施加小的额外能量就会导致破坏低应 力脆断。零件中存在着稍大的内应力或装配应力，就会诱发银纹，甚至裂纹。 (3)容易引起银纹。银纹是一种细微的裂纹，因其在光照下显示一种银白色，故 称之为银纹。 材料或零件表面受

10、到较大的拉伸应力，或者受到溶剂或含溶剂物质 的侵蚀会产生银纹。 溶剂银纹是不规则的， 纯应力银纹和应力一溶剂银纹垂直于 拉伸应力方向排列。 银纹不但降低有机玻璃的透光率，影响飞行员观察， 而且会 引起强度的某种程度降低， 所以，银纹同裂纹一样， 也是导致座舱透明件提前更 换的重要原因之一。 (4)热膨胀系数大，导热性差，容易形成热应力。有机玻璃的线膨胀系数比金属 材料大得多， 如果有机玻璃零件安装在金属框架内而没有足够的热间隙，材料的 膨胀或收缩受到限制，便会产生应力集中。飞机座舱内温度一般为16(2-25， 而玻璃外表面的温度在零下60C到一百多度之间变化。这种温度变化，必然会 产生很大的热

11、应力， 热应力、残余应力和正常的使用应力叠加，会大大加速座舱 盖玻璃的破坏过程。 (5)材料性能受温度影响大。材料的拉伸强度、弯曲强度和弹性模量随温度升高 而迅速降低，而延伸率和韧性随温度升高而明显提高。 如 YB 3 和 YB4在 100C 时的拉伸强度与 20(2时相比，分别降低60和 70。在 OC以下，有机玻璃 拉伸断裂通常表现为脆性破坏；在较高温度下， 材料具有较好的韧性， 破坏呈现 从脆性到韧性的转变。 (6)大气和环境对其性能有影响。有机玻璃虽然在塑料中耐老化性能较好，但其 毕竟是高分子材料， 在大气中长期暴露时受到热、光、潮湿等因素的作用也发生 明显老化，物理和力学等性能明显降

12、低。 老化的速率和程度随材料的组成和状态 不同而有所差异， 如含亲水基因的共聚有机玻璃吸水性强，吸水后抗银纹性、 物 理性能和力学性能等均会明显地劣化；即使在室内潮湿条件下存放一年，其热变 形温度比初始时降低约10t。 3.座舱盖有机玻璃的发展南昌航空大学航空制造工程学院飞行器制造专业08032321 苏剑波5 例如： F-22的舱盖是世界上最大的单独板材件，由两片压合成型，然后镀膜，这层膜用于反射普遍波长的雷达波但是可以让大部分可见光射入。最让同好感到纠结的可能就是F-22 舱盖在阴天正面光下的金色反光，因为这是F-22 的特质之一。 而其有机玻璃采用最新的材料。图七 F22座舱盖图八 F2

13、2座舱盖南昌航空大学航空制造工程学院飞行器制造专业08032321 苏剑波6 图九 歼十座舱盖图十 歼十座舱盖 二、座舱盖有机玻璃结构的修理方法 飞机座舱盖有机玻璃的故障种类较多，常见的有断裂、裂纹、银纹、气泡、 脱胶、彩虹、划伤发雾和发黄等各种外伤、折光缺陷。下面主要介绍几种常见故 障的检查与修理。 1划伤的检查与修理 有机玻璃表面上产生的划伤和擦伤可采用目视和直尺测量法进行检查。当划 伤条数、长度和深度大于规定的要求时，应采用打磨和抛光的方法予以排除。 打磨时分粗磨和细磨， 一般情况下是先粗磨后细磨。 粗磨用粒度号较低的砂 布、砂纸打磨，细磨用粒度号较高的水砂纸或金相砂纸进行打磨，并酌量浸

14、水。 排除座舱盖有机玻璃的划伤、擦伤，需要根据划伤、擦伤的深度，采用正确 有效的打磨方法，才能提高工效。打磨前，先用30C-40C的中性肥皂水洗净有 机玻璃表面；而后根据划伤、擦伤的深度，采用不同的打磨方法。如果划伤、擦 伤的深度较深，先粗磨，再细磨，最后抛光；若深度较浅，可用脱脂棉沾2 号有 机玻璃抛光膏打磨，恢复有机玻璃的透光性能。 打磨所用的压力不得过大， 打磨范 围应大于划伤范围， 并在不同的位置作 圆圈运动， 如图一所示， 以免打磨处局 部过热，产生应力，引起银纹；或者局 部磨耗过多， 产生折光现象。 如果用水 砂纸打磨，最好把水砂纸固定在硬橡皮 板上，手压橡皮板进行打磨， 使压力均

15、 匀分布在打磨面上。 有机玻璃打磨后，必须清洗干净， 防止腐蚀；还应着重检查主视区有无折 图十一 有机玻璃的打磨 光现象。 2.座舱盖有机玻璃开胶的检查与修理 座舱盖玻璃与骨架之间连接固定的形式，主要有硬式固定、 软式固定和混合 式固定三种。 如图十二所示是软式固定的结构形式，座舱盖玻璃与涤纶带是用丙 烯酸酯胶粘接；涤纶带的外侧涂XM16 胶进行保护和密封。 不论丙烯酸酯胶还是密封胶， 经长期使用后都可能发生老化， 胶的弹性降低 出现碎裂、脱落现象。如不及时修理，损伤处就易沾上污物或进入雨水，加速胶 的变质，严重时影响粘接强度和座舱的气密性，危及飞行安全， 所以发现开胶后 要及时处理。 2.1

16、.开胶的检查座舱盖有机玻璃与涤纶 带的粘合处开胶时，就会出现两个胶接界面 的现象。胶接界面颜色稍有发白并有微弱的 闪光部位，就是开胶的部位。这是因为空气 进入了座舱盖玻璃与涤图十二软式固定结构 形式纶带的夹层中所致。此外，开胶处略有 掉胶的情况，不再像胶合良好的胶接界面那 么均匀一 213 致。外侧开胶的时间较长时， 有较明显的水痕。检查开胶的方法有三棱镜南昌航空大学航空制造工程学院飞行器制造专业08032321 苏剑波7 检查法、测量上移量法和扒胶检查法三种。 (1)三棱镜检查法取下座舱盖，置于光线充足的地方，用脱脂棉擦净玻璃， 并用毛刷沿粘贴三棱镜部位涂一层甘油，然后把三棱镜BB棱紧靠 XM16 胶上 缘，使其 AABB 与座舱盖玻璃外表面紧密贴合，通过AACC 图十二 软式固定结构形式面以适当的角度观察内侧涤纶带的粘接情况。 检查后用脱脂棉蘸清水将玻璃上的甘油擦净。三棱镜的尺寸如图十三所示。图十三三棱镜检查法 用三棱