在航空史上有发生过飞机机身"变形"的情况：在某种情况下飞机表面产生一层层波浪纹皱折,原本光滑的机身变成充满皱纹的老叟。但在现代航空中,这并没有给飞机造成问题,在最初的设计中已经考虑到这一情况。
最初飞机材料由木头和帆布组成,早期以及遇到飞机蒙皮变形的问题。后来新材料的引入和结构的改进使表面的皱纹消失,但并不排除它们完全消失。全金属飞机时代带来了新的优势,但并没有消除技术上的缺陷。即使是最先进的飞机,其机身有时候也会出现皱折。蒙皮在动力元件之间产生变形,因此飞机表面呈现出特殊的外形。
往往只有机身蒙皮才会变形。这是一张美国战略轰炸机波音B-52H Strtofortress的奇怪照片,B-52H机身严重变形,形成一段波浪纹。值得注意的是,这并不是唯一一张B-52有这种畸形的照片,其他飞机或直升机都有这种情况。公众会觉得很紧张,但专家对这种情况非常淡定。
为什么飞机机身会出现变形这种现象呢？在木制结构和织物蒙面的时代,飞机"皱纹"主要是由于材料不完善和缺乏机械设计经验,以及生产文化差所致。所有这些因素都有可能导致织物蒙皮表面产生皱折。在外部因素的影响下,木制动力装置的尺寸和形状可能略有变化,这会影响飞机蒙皮。在混合或全金属结构的情况下,飞机会因为飞行着陆产生的压力导致变形。
以B-52H飞机为例,B-52H轰炸机是半硬壳式机身,滑翔机结构弹性设计,可以缓冲压力导致的机身变形,不论是起飞着陆,B-52H飞机会把机身的压力分配的机翼上,所以机身表面变形产生一系列的皱纹。尽管机身外表变丑,但变形的蒙皮可以保持所需的强度,并可继续使用。
要防止飞机外表变形,可以考虑以下几个方法。最重要的是,必须仔细计算结构的强度,同时考虑到飞机起飞着陆形成的压力。正确选择材料,保持机身结构的强度,避免蒙皮破损。加固机身外壳,可以分配压力,排除明显的机身变相。"皱折"指的是柔性金属蒙皮,现代复合材料的刚性较强,不会在类似压力下变形。然而,复合材料更复杂,比金属蒙皮更贵。此外,它们的应用并不总是符合项目的要求。值得注意的是,蒙皮出现变形不一定是问题,在某种情况下它可以平衡飞机强度、质量和飞行性能,所以没什么好担心的。
蒙皮的使用时间会优选限制,如果出现变形也不会影响设备的运行,变形和翘曲都无须担心。虽然一架外表布满皱纹的飞机看起来有点奇怪,但没啥好担心的,不会坠机。
不过,飞机表面的粗糙,在最先进战斗机上,是不可接受的。例如俄罗斯的第五代隐身战斗机苏-57的做工就十分粗糙。不久前俄罗斯红星电视台播放了苏-57战机的一些细节,一位记者在苏-57战机的机背上行走,这段视频首次曝光了苏-57战机的机身工艺水平,人们吃惊的发现,这架第五代战斗机竟然毫无隐身设计。苏-57的工艺水平很差劲。蒙皮盖板连锯齿都没有,机身的外表面接缝处,竟然是大开口,铆钉凸凹不平,而且看不到隐身涂层,这也敢叫隐形战斗机？
相比之下,我国歼-20隐身战斗机就表现出精湛的工艺水平,外表光滑的像是妹子刚做了拉皮。
1 光照辐射的影响
飞机蒙皮涂层所受到的光照辐射具体而言是指日照光线中紫外光的辐射。由于飞机飞行时远离地面,其飞行时蒙皮表面所受的紫外光辐射强度大大高于停留在地面时所受的紫外光辐射强度。因此,光辐射是影响飞机蒙皮涂层性能与使用寿命的一个最重要的因素。
通常日照光线按照波长范围可以分为：紫外光(UV)、可见光(VIS)和红外光(IR)。其中,紫外光的波长范围为：10-400nm,可见光的波长范围为：400-760nm,红外光的波长范围为：大于760nm。紫外光又可分为A射线、B射线和C射线(简称UVA、UVB和UVC),其波长范围分别为400-315nm,315-280nm,280-190nm。
国外研究表明：日照光线中低于500nm的光量子能量足够打断聚合物体系中的单键,而波长的290-350nm的能量对聚合物的光降解最为有效。由于同温层的臭氧吸收低于295nm波长所有辐射能量,所以只有少量波长的UVA和UVB是引起光降解。其降解机理为：有机聚合物成膜物吸收紫外光后引起化学键的断裂,或者产生自由基再导致链断裂或键增长。例如,丙烯酸涂料有机基团降解主要是由于酯羰基键的断裂;聚氨酯材料的紫外线降解主要是氨基甲酸酯键的断裂。
涂层受光照辐射破坏的宏观表现为涂层的粉化、失光和变色。随着涂膜的老化,基体树脂逐渐被降解,留下较为稳定的颜料粒子,它们以未粘接的粉末形式留在涂层表面开始粉化。粉化使涂层表面逐渐变粗糙而引起失光。树脂和颜料的变色是导致涂层产生变色的主要原因,如环氧树脂和芳香族聚氨酯树脂易泛黄;含铅颜料,易变深、变黑;橙色颜料较活泼,易发暗会变成深棕色;黄颜料可能趋向于变灰或发白等。光照辐射的破坏主要针对面漆层,对于面漆层自身而言主要依靠采用优异的成膜物、颜填料和抗老化剂等来改善涂层的耐光照辐射性能。
2 化学介质的影响
化学介质对涂层的破坏主要表现为涂层在化学介质的作用下,成膜高分子聚合物大分子链发生降解,涂层机械性能下降。与飞机蒙皮接触的常见化学介质包括：水、氧、盐雾、液压油、燃油、滑油等。
水的影响
在高湿度的环境下,水会以浓度梯度和渗透压为主要动力,向涂层体系内部扩散。随着表层吸收水分,表层将发生体积膨胀,对干燥的底层施加应力。在干燥的环境下,表层晾干后将出现体积收缩,导致表面应力龟裂,并最终产生应力断裂。干湿交替的过程,会使涂层内部应力加剧,诱发涂层降解。若组成飞机蒙皮涂层的高分子化合物带有易水解的化学键或亲水基团,更易发生水解,使化学键断裂,降解成小分子,水能直接对材料起降解作用。同时,水也能透过涂层与金属基材反应,破坏或削弱涂层与基体界面之间的物理键或化学键,导致涂层粘附力下降、起泡等。选择合适的成膜物,提高漆膜的交联密度,涂层间的配合及使用片状颜料等能有效地提高涂层的耐水性。
盐雾的影响
大气环境中的盐雾是由海浪的互相冲击和海浪拍击海岸而腾起的浪花、水沫在气流的作用下被粉碎,形成极微小的液滴颗粒在海域上空弥散,并向沿海空间飘散、弥漫形成的。盐雾对蒙皮金属基材的破坏是以电化学方式进行的,主要是导电的盐溶液渗入金属内部发生电化学反应,形成"低电位金属-电解质溶液-高电位杂质"的微电池系统,发生电子转移,作为阳极的金属出现溶解,形成腐蚀物。受盐雾影响最为严重的是海航军用飞机,其在沿海布防或随舰巡航时,暴露于高温、高湿的盐雾环境中,机械紧固连接件出现腐蚀的情况较多,对飞机的安全造成隐患。飞机蒙皮涂层对盐腐蚀介质呈现化学惰性,且介电常数高,阻止了原电池的形成,起到了屏蔽金属与外部环境的作用。目前常用的丙烯酸及聚氨酯类蒙皮涂层都具备良好的耐盐雾特性。
机用液体的影响
飞机在飞行和维护保养时常有机用液体泄露,因此机用液体也是影响飞机蒙皮涂层性能与使用寿命的一大因素。所涉及的机用液体主要是各种油类,包括航空液压油、滑油、燃油等。航空液压油主要分为石油基液压油和磷酸酯类液压油。与石油基液压油相比磷酸酯类液压油具有耐燃性好的优点目前最为常用,但其对涂层具有较强烈的侵蚀作用。航空滑油多采用双酯、多元醇酯等合成油。航空燃油主要指适用于涡轮喷气发动机的喷气燃油(航空煤油)。喷气燃油由直馏馏分、加氢裂化和加氢精制等组分及必要的添加剂调和而成的一种透明液体,其主要成分为不同馏分的烃类化合物。
机用液体对涂层性能的影响主要表现为：涂层的变色、软化及脱落。我们对自制聚酯聚氨酯涂层的耐油性进行了研究,结果发现耐油性与面漆层的交联程度密切相关,实验数据见下表。这主要是由于提高涂层交联程度,增强了涂层对于油品的屏蔽性。
3 温度及温变的影响
温度是另一个十分重要的环境因素,升高温度会加快大多数化学反应速度,使涂层以更高的速率降解,基材的腐蚀速率也会加快。如：光照辐射条件下,涂层温度的升高会引起光化学反应的加速。温度升高10℃,反应速度就会加快1倍。此外,剧烈的温变也是引起涂层失效的重要因素。飞机在1-2万米高空飞行时,飞机蒙皮表面的温度可低于-50℃,着陆后停放在烈日下的机场,蒙皮表面涂层的温度可达70℃以上。剧烈的温度变化会增大涂层体系的内应力,这些应力会在涂层内部产生微裂纹,造成涂层的降解。因此,飞机蒙皮涂层必须具备优良的柔韧性和耐温变性。
4 介质磨损的影响
飞机蒙皮涂层的介质磨损主要是指飞机高速飞行时,空气、尘埃、砂石、雨、雪、冰雹等对飞机蒙皮表面进行冲刷而产生的磨损。影响涂层耐磨性的因素包括：断裂能、摩擦系数、接触面积等。耐磨损性随着断裂能的增大而增强,随摩擦系数和接触面积的增大而降低。目前常用改善方法是选用具有优异耐磨性的树脂作为基体树脂或选用聚四氟乙烯、二硫化钼、石墨等耐磨颜料来降低摩擦系数和接触面积等方法提高涂层的耐磨损性。
5 其他影响因素
其他因素还有：飞机飞行时产生的振动;大气中酸雨的侵蚀;飞机清洗剂和防冰液的化学侵蚀等。
