淺析波音737NG飛機風(fēng)擋疏水涂層及其維護

摘要：通過分析一起波音737NG飛機風(fēng)擋排雨故障，介紹了疏水涂層的工作原理及維護要點，可為同類維護提供參考。

關(guān)鍵詞：波音737NG；疏水涂層；風(fēng)擋玻璃；排雨系統(tǒng)

Keywords：B737NG；hydrophobic coating；windshield；rain drainage system

1 故障背景

2019年7月，北京地區(qū)進入雨季，國航多架飛機普遍反映在雨中起飛時飛機風(fēng)擋排雨能力差、能見度不足。維修人員隨即對涉事飛機的風(fēng)擋雨刷、雨刷馬達進行檢查及更換。2019年8月，A飛機再次報告，飛機在雨中進近著陸時出現(xiàn)左側(cè)風(fēng)擋排雨能力差、能見度不足。該飛機已經(jīng)更換為全新的雨刷片，檢查其雨刷馬達工作性能良好，對風(fēng)擋表面進行潑水試驗，未發(fā)現(xiàn)風(fēng)擋雨刷系統(tǒng)存在問題。經(jīng)與工程師商討，將該飛機停場并對左側(cè)一號風(fēng)擋進行更換，完成更換后對其進行持續(xù)監(jiān)控，在隨后的雷雨天氣中再未出現(xiàn)風(fēng)擋排雨能力差問題。

2019年8月底，B飛機同樣報告在雨中進近著陸時出現(xiàn)右側(cè)風(fēng)擋排雨能力差、能見度不足。該飛機在該航段結(jié)束后進行C檢維護，決定對該風(fēng)擋進行排故?？紤]到更換風(fēng)擋所需維護成本較大、占用人力較多，決定通過研究737NG飛機的風(fēng)擋排雨系統(tǒng)來徹底解決此類問題。

737CL飛機的風(fēng)擋排雨采用化學(xué)排雨劑系統(tǒng)。風(fēng)擋排雨系統(tǒng)一般在大雨、飛機高速飛行時使用。迎面高速氣流及風(fēng)擋雨刷將雨水排出，從而保證風(fēng)擋有足夠的視野。

但737NG飛機取消了排雨劑系統(tǒng)，且波音飛機FIM手冊并沒有介紹排雨不暢而影響風(fēng)擋能見度類故障的排故方案，只在波音飛機SDS30-43-00中有描述，即將疏水涂層噴涂在風(fēng)擋表面（見圖1）可以提高在大雨天氣下風(fēng)擋的能見度。根據(jù)波音飛機AMM 30-43-00/201中介紹，737NG飛機的風(fēng)擋排雨主要通過雨刷將雨水排出機外，疏水涂層雖然不是放行飛機的必要要求，但波音公司建議需要保持該涂層的有效性。由于此前對B飛機的雨刷片及雨刷馬達進行了維護，因此判斷問題是由疏水涂層性能減低或失效導(dǎo)致的。

2 疏水涂層工作原理

由于玻璃表面具有較高的表面能，導(dǎo)致風(fēng)擋玻璃表面呈現(xiàn)親水性。為了降低表面能，需覆蓋一層低表面能的材料，該材料即是疏水涂層。疏水涂層通常是指水在涂層表面的靜態(tài)接觸角大于90°的涂層[1]。根據(jù)AMM 30-43-00/201，737NG飛機疏水涂層主要由美國PPG公司提供的原材料對風(fēng)擋疏水涂層進行維護，而國航選用的是件號為DSS0100的器材包。從器材包的材料可知，PPG公司制備的疏水涂層主要由鹵化硅烷和氟化物疏水涂層組成，鹵化硅烷疏水涂層是在硅烷單體上引入憎水基團，含有鹵化硅烷及憎水基團制作的疏水涂層與水的靜態(tài)接觸角最高達110°[2]，提高了風(fēng)擋的表面張力，降低了部分表面能。氟化物疏水涂層主要由含氟硅氧烷組成，以含氟樹脂為基礎(chǔ)，在增加含氟量的同時，在含氟樹脂的基礎(chǔ)上增加了氣相的二氧化硅，得到的涂層與水的靜態(tài)接觸角最高可達165°[3]，進一步提高了含氟疏水涂層的疏水性。

3 疏水涂層性能評估

為了判斷疏水涂層的性能衰退是否是導(dǎo)致風(fēng)擋在雨中能見度水平降低的原因，需對疏水涂層性能進行評估。

飛機在雨中飛行時，雨水在高速氣流的作用下以水滴的形態(tài)附著在風(fēng)擋表面。維護人員前期為了驗證風(fēng)擋雨刷系統(tǒng)能夠正常工作，通常將水傾倒在風(fēng)擋表面，無法模擬雨水在空中的形態(tài)，導(dǎo)致只能驗證風(fēng)擋雨刷系統(tǒng)能否正常工作而無法驗證疏水涂層的有效性。

將純凈水以噴霧狀噴射到風(fēng)擋表面，可以模擬飛機在雨中高速飛行時的形態(tài)。通過判斷水滴在風(fēng)擋表面的形態(tài)便可判斷出疏水涂層的疏水性是否有效。如果絕大多數(shù)水滴在風(fēng)擋表面能保持水滴本身固有的形態(tài)，少部分水滴在向下流淌的通道中仍可保持自身圓形或橢圓形，就能證明風(fēng)擋疏水涂層性能良好，無需對其維護。如果水滴在風(fēng)擋表面的形態(tài)雜亂無章，甚至大量水滴聚集在一起，說明疏水涂層性能失效，需對疏水涂層進行重新維護。

維護人員將純凈水以霧狀噴灑在B飛機左右一號風(fēng)擋表面，發(fā)現(xiàn)左側(cè)風(fēng)擋表面上的水滴絕大多數(shù)可以保持水滴本身的橢圓形或者圓形，沒有大量水滴聚集在風(fēng)擋表面，證明左側(cè)風(fēng)擋的疏水涂層仍然有效。而右側(cè)風(fēng)擋表面的水滴雜亂無章，甚至部分水滴聚集在風(fēng)擋的中心，嚴重影響了風(fēng)擋視野，說明右側(cè)風(fēng)擋疏水涂層已經(jīng)失效。這一情況與機組在空中報告的右側(cè)風(fēng)擋雨中能見度差相符。

4 疏水涂層的維護

疏水涂層以透明的涂層形式保持在一號風(fēng)擋外表，但涂層不會永久地保持在風(fēng)擋的表面。影響涂層使用性能的主要因素包括：雨刷的使用次數(shù)及在風(fēng)擋表面的壓力；疏水涂層維護程序。

4.1 雨刷的使用對疏水涂層的影響

完成左右風(fēng)擋疏水涂層的評估后，分別打開雨刷電門，一邊噴射霧狀純凈水一邊以不同速度對風(fēng)擋表面除水，發(fā)現(xiàn)左側(cè)風(fēng)擋雨刷在運動過程中會出現(xiàn)“跳躍”現(xiàn)象，且隨著雨刷的運動加快，“跳躍”現(xiàn)象更加明顯。右側(cè)雨刷雖然沒有出現(xiàn)運動異常，但能明顯聽見雨刷與風(fēng)擋玻璃的摩擦聲。

根據(jù)上述現(xiàn)象，初步判定雨刷在風(fēng)擋表面的壓力過大。根據(jù)AMM 30-42-31/201檢查發(fā)現(xiàn)，左側(cè)雨刷支臂壓力達到了12lb，右側(cè)雨刷支臂壓力達到了27lb，遠遠大于手冊規(guī)定的6.5～7.5lb。翻閱B飛機的維護記錄發(fā)現(xiàn)，左側(cè)風(fēng)擋為15日前更換的全新風(fēng)擋。由此得出結(jié)論：風(fēng)擋雨刷的壓力和使用次數(shù)可以導(dǎo)致風(fēng)擋疏水涂層性能下降，在日常維護中需將雨刷支臂的壓力調(diào)節(jié)至正常范圍內(nèi)，才能保證疏水涂層的磨損降到最低。

4.2 疏水涂層維護程序

根據(jù)波音飛機AMM 30-43-00/201，風(fēng)擋玻璃表面失效的疏水涂層可以重新制作，無需更換新的風(fēng)擋以獲取全新有效的疏水涂層，從而顯著降低了維護成本。

1）失效疏水涂層的去除

使用去離子水和無紡紙巾反復(fù)清潔風(fēng)擋，確保玻璃表面清潔、干燥無水、無浮沉粉灰和油脂等污染物。疏水涂層以化學(xué)鍵的形式覆蓋在風(fēng)擋表面，去離子水無法去除殘余的疏水涂層，需要使用氧化鋁溶劑對風(fēng)擋表面進行拋光工作。

拋光工作是整個疏水涂層制備的基礎(chǔ)，如果拋光過程不充分，舊的涂層沒有清除干凈，新制備的涂層將覆蓋在其表面，導(dǎo)致涂層厚度加大，使風(fēng)擋雨刷運動阻力加大，反而加劇疏水涂層的磨損速度。

2）疏水涂層施工

不同機型的風(fēng)擋尺寸所需的溶劑含量不同，以737NG一號風(fēng)擋為例，所需鹵化硅烷和氟化物疏水溶劑各20ml。在施工過程中需使用正確數(shù)量的溶劑，過多或過少的溶劑都會影響風(fēng)擋表面的能見度或使用性能。

首先，使用鹵化硅烷施工。表面能高的鹵化硅烷作為涂層的底層，使化學(xué)溶劑更容易覆蓋在玻璃表面。鹵化硅烷具有易揮發(fā)的特性，打開溶劑后一定要在15min內(nèi)將20ml溶劑涂覆在風(fēng)擋表面，同時保證風(fēng)擋的每一處都涂抹均勻。如果涂覆過多，風(fēng)擋表面將呈現(xiàn)薄霧狀；涂覆過少，風(fēng)擋表面將會出現(xiàn)明顯的條紋。

其次，使用氟化物溶劑作為涂層涂覆在鹵化硅烷表面。鹵化硅烷表面能明顯低于風(fēng)擋玻璃表面，使氟化物溶劑更容易附著在風(fēng)擋表面。將氟化物溶劑快速、均勻地涂覆在風(fēng)擋表面，經(jīng)過氟化物施工后的疏水涂層風(fēng)擋玻璃表面應(yīng)呈現(xiàn)明顯的薄霧狀，如果溶劑涂覆不均勻，可以從外部明顯發(fā)現(xiàn)。

此時氟化物并未完全覆蓋在鹵化硅烷表面，但此時的風(fēng)擋已具有極高的疏水性。為了確保涂層更長的使用壽命及優(yōu)異的性能，PPG公司建議使用電熱毯保持35±5℃對重新涂覆的疏水涂層進行8h的熱固化處理，即可得到全新制作完畢的疏水涂層。

對熱處理后的疏水涂層進行評估，當評估達到性能要求時即可認為達到適航要求。

5 總結(jié)

B飛機在完成疏水涂層重新制備后，機組反饋飛機風(fēng)擋排雨能力較好，在2019-2020年整個雨季中均未出現(xiàn)排雨能力差而減低能見度的情況，證明疏水涂層不但可以在日常維護中重新制備，而且在經(jīng)正確操作和維護后可以保持較長的使用壽命。

在實際運營和排故中，需要維護人員認真檢查排雨系統(tǒng)而不是單純地更換風(fēng)擋及雨刷系統(tǒng)。更換風(fēng)擋雖然可以代替疏水涂層的制作但成本較高，一塊737NG一號風(fēng)擋的價格大約為1.5萬美元（約合人民幣95511元），而制作疏水涂層所需的全部材料僅需500美元（約合人民幣3183元）；更換一塊一號風(fēng)擋所需工時為20h/人，制作疏水涂層所需要的工時為10h/人。綜合比較，重新制備風(fēng)擋的疏水涂層可以大大降低航空公司的運營成本。

建議生產(chǎn)計劃部門將疏水涂層評估和制備工作安排至C檢工作中，飛機在C檢中有足夠的停場時間及人力對疏水涂層進行評估和施工。根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)控數(shù)據(jù)，疏水涂層的壽命足以滿足737NG飛機C檢檢查間隔，可達到預(yù)防性維修的效果。

參考文獻

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作者簡介

劉一瑋，助理工程師，主要從事波音737NG飛機航線及定檢維護工作。