在航空史上有發(fā)生過(guò)飛機(jī)機(jī)身“變形”的情況：在某種情況下飛機(jī)表面產(chǎn)生一層層波浪紋皺折，原本光滑的機(jī)身變成充滿皺紋的老叟。但在現(xiàn)代航空中，這并沒(méi)有給飛機(jī)造成問(wèn)題，在最初的設(shè)計(jì)中已經(jīng)考慮到這一情況。
最初飛機(jī)材料由木頭和帆布組成，早期以及遇到飛機(jī)蒙皮變形的問(wèn)題。后來(lái)新材料的引入和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使表面的皺紋消失，但并不排除它們完全消失。全金屬飛機(jī)時(shí)代帶來(lái)了新的優(yōu)勢(shì)，但并沒(méi)有消除技術(shù)上的缺陷。即使是最先進(jìn)的飛機(jī)，其機(jī)身有時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)皺折。蒙皮在動(dòng)力元件之間產(chǎn)生變形，因此飛機(jī)表面呈現(xiàn)出特殊的外形。
往往只有機(jī)身蒙皮才會(huì)變形。這是一張美國(guó)戰(zhàn)略轟炸機(jī)波音B-52H Strtofortress的奇怪照片，B-52H機(jī)身嚴(yán)重變形，形成一段波浪紋。值得注意的是，這并不是唯一一張B-52有這種畸形的照片，其他飛機(jī)或直升機(jī)都有這種情況。公眾會(huì)覺(jué)得很緊張，但專家對(duì)這種情況非常淡定。
為什么飛機(jī)機(jī)身會(huì)出現(xiàn)變形這種現(xiàn)象呢？在木制結(jié)構(gòu)和織物蒙面的時(shí)代，飛機(jī)“皺紋”主要是由于材料不完善和缺乏機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以及生產(chǎn)文化差所致。所有這些因素都有可能導(dǎo)致織物蒙皮表面產(chǎn)生皺折。在外部因素的影響下，木制動(dòng)力裝置的尺寸和形狀可能略有變化，這會(huì)影響飛機(jī)蒙皮。在混合或全金屬結(jié)構(gòu)的情況下，飛機(jī)會(huì)因?yàn)轱w行著陸產(chǎn)生的壓力導(dǎo)致變形。
以B-52H飛機(jī)為例，B-52H轟炸機(jī)是半硬殼式機(jī)身，滑翔機(jī)結(jié)構(gòu)彈性設(shè)計(jì)，可以緩沖壓力導(dǎo)致的機(jī)身變形，不論是起飛著陸，B-52H飛機(jī)會(huì)把機(jī)身的壓力分配的機(jī)翼上，所以機(jī)身表面變形產(chǎn)生一系列的皺紋。盡管機(jī)身外表變丑，但變形的蒙皮可以保持所需的強(qiáng)度，并可繼續(xù)使用。
要防止飛機(jī)外表變形，可以考慮以下幾個(gè)方法。最重要的是，必須仔細(xì)計(jì)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，同時(shí)考慮到飛機(jī)起飛著陸形成的壓力。正確選擇材料，保持機(jī)身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，避免蒙皮破損。加固機(jī)身外殼，可以分配壓力，排除明顯的機(jī)身變相。“皺折”指的是柔性金屬蒙皮，現(xiàn)代復(fù)合材料的剛性較強(qiáng)，不會(huì)在類似壓力下變形。然而，復(fù)合材料更復(fù)雜，比金屬蒙皮更貴。此外，它們的應(yīng)用并不總是符合項(xiàng)目的要求。值得注意的是，蒙皮出現(xiàn)變形不一定是問(wèn)題，在某種情況下它可以平衡飛機(jī)強(qiáng)度、質(zhì)量和飛行性能，所以沒(méi)什么好擔(dān)心的。
蒙皮的使用時(shí)間會(huì)優(yōu)選限制，如果出現(xiàn)變形也不會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行，變形和翹曲都無(wú)須擔(dān)心。雖然一架外表布滿皺紋的飛機(jī)看起來(lái)有點(diǎn)奇怪，但沒(méi)啥好擔(dān)心的，不會(huì)墜機(jī)。
不過(guò)，飛機(jī)表面的粗糙，在最先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)上，是不可接受的。例如俄羅斯的第五代隱身戰(zhàn)斗機(jī)蘇-57的做工就十分粗糙。不久前俄羅斯紅星電視臺(tái)播放了蘇-57戰(zhàn)機(jī)的一些細(xì)節(jié)，一位記者在蘇-57戰(zhàn)機(jī)的機(jī)背上行走，這段視頻首次曝光了蘇-57戰(zhàn)機(jī)的機(jī)身工藝水平，人們吃驚的發(fā)現(xiàn)，這架第五代戰(zhàn)斗機(jī)竟然毫無(wú)隱身設(shè)計(jì)。蘇-57的工藝水平很差勁。蒙皮蓋板連鋸齒都沒(méi)有，機(jī)身的外表面接縫處，竟然是大開(kāi)口，鉚釘凸凹不平，而且看不到隱身涂層，這也敢叫隱形戰(zhàn)斗機(jī)？
相比之下，我國(guó)殲-20隱身戰(zhàn)斗機(jī)就表現(xiàn)出精湛的工藝水平，外表光滑的像是妹子剛做了拉皮。
1 光照輻射的影響
飛機(jī)蒙皮涂層所受到的光照輻射具體而言是指日照光線中紫外光的輻射。由于飛機(jī)飛行時(shí)遠(yuǎn)離地面，其飛行時(shí)蒙皮表面所受的紫外光輻射強(qiáng)度大大高于停留在地面時(shí)所受的紫外光輻射強(qiáng)度。因此，光輻射是影響飛機(jī)蒙皮涂層性能與使用壽命的一個(gè)最重要的因素。
通常日照光線按照波長(zhǎng)范圍可以分為：紫外光(UV)、可見(jiàn)光(VIS)和紅外光(IR)。其中，紫外光的波長(zhǎng)范圍為：10-400nm，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為：400-760nm，紅外光的波長(zhǎng)范圍為：大于760nm。紫外光又可分為A射線、B射線和C射線(簡(jiǎn)稱UVA、UVB和UVC)，其波長(zhǎng)范圍分別為400-315nm，315-280nm，280-190nm。
國(guó)外研究表明：日照光線中低于500nm的光量子能量足夠打斷聚合物體系中的單鍵，而波長(zhǎng)的290-350nm的能量對(duì)聚合物的光降解最為有效。由于同溫層的臭氧吸收低于295nm波長(zhǎng)所有輻射能量，所以只有少量波長(zhǎng)的UVA和UVB是引起光降解。其降解機(jī)理為：有機(jī)聚合物成膜物吸收紫外光后引起化學(xué)鍵的斷裂，或者產(chǎn)生自由基再導(dǎo)致鏈斷裂或鍵增長(zhǎng)。例如，丙烯酸涂料有機(jī)基團(tuán)降解主要是由于酯羰基鍵的斷裂;聚氨酯材料的紫外線降解主要是氨基甲酸酯鍵的斷裂。
涂層受光照輻射破壞的宏觀表現(xiàn)為涂層的粉化、失光和變色。隨著涂膜的老化，基體樹(shù)脂逐漸被降解，留下較為穩(wěn)定的顏料粒子，它們以未粘接的粉末形式留在涂層表面開(kāi)始粉化。粉化使涂層表面逐漸變粗糙而引起失光。樹(shù)脂和顏料的變色是導(dǎo)致涂層產(chǎn)生變色的主要原因，如環(huán)氧樹(shù)脂和芳香族聚氨酯樹(shù)脂易泛黃;含鉛顏料，易變深、變黑;橙色顏料較活潑，易發(fā)暗會(huì)變成深棕色;黃顏料可能趨向于變灰或發(fā)白等。光照輻射的破壞主要針對(duì)面漆層，對(duì)于面漆層自身而言主要依靠采用優(yōu)異的成膜物、顏填料和抗老化劑等來(lái)改善涂層的耐光照輻射性能。
2 化學(xué)介質(zhì)的影響
化學(xué)介質(zhì)對(duì)涂層的破壞主要表現(xiàn)為涂層在化學(xué)介質(zhì)的作用下，成膜高分子聚合物大分子鏈發(fā)生降解，涂層機(jī)械性能下降。與飛機(jī)蒙皮接觸的常見(jiàn)化學(xué)介質(zhì)包括：水、氧、鹽霧、液壓油、燃油、滑油等。
水的影響
在高濕度的環(huán)境下，水會(huì)以濃度梯度和滲透壓為主要?jiǎng)恿Γ蛲繉芋w系內(nèi)部擴(kuò)散。隨著表層吸收水分，表層將發(fā)生體積膨脹，對(duì)干燥的底層施加應(yīng)力。在干燥的環(huán)境下，表層晾干后將出現(xiàn)體積收縮，導(dǎo)致表面應(yīng)力龜裂，并最終產(chǎn)生應(yīng)力斷裂。干濕交替的過(guò)程，會(huì)使涂層內(nèi)部應(yīng)力加劇，誘發(fā)涂層降解。若組成飛機(jī)蒙皮涂層的高分子化合物帶有易水解的化學(xué)鍵或親水基團(tuán)，更易發(fā)生水解，使化學(xué)鍵斷裂，降解成小分子，水能直接對(duì)材料起降解作用。同時(shí)，水也能透過(guò)涂層與金屬基材反應(yīng)，破壞或削弱涂層與基體界面之間的物理鍵或化學(xué)鍵，導(dǎo)致涂層粘附力下降、起泡等。選擇合適的成膜物，提高漆膜的交聯(lián)密度，涂層間的配合及使用片狀顏料等能有效地提高涂層的耐水性。
鹽霧的影響
大氣環(huán)境中的鹽霧是由海浪的互相沖擊和海浪拍擊海岸而騰起的浪花、水沫在氣流的作用下被粉碎，形成極微小的液滴顆粒在海域上空彌散，并向沿海空間飄散、彌漫形成的。鹽霧對(duì)蒙皮金屬基材的破壞是以電化學(xué)方式進(jìn)行的，主要是導(dǎo)電的鹽溶液滲入金屬內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，形成“低電位金屬-電解質(zhì)溶液-高電位雜質(zhì)”的微電池系統(tǒng)，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，作為陽(yáng)極的金屬出現(xiàn)溶解，形成腐蝕物。受鹽霧影響最為嚴(yán)重的是海航軍用飛機(jī)，其在沿海布防或隨艦巡航時(shí)，暴露于高溫、高濕的鹽霧環(huán)境中，機(jī)械緊固連接件出現(xiàn)腐蝕的情況較多，對(duì)飛機(jī)的安全造成隱患。飛機(jī)蒙皮涂層對(duì)鹽腐蝕介質(zhì)呈現(xiàn)化學(xué)惰性，且介電常數(shù)高，阻止了原電池的形成，起到了屏蔽金屬與外部環(huán)境的作用。目前常用的丙烯酸及聚氨酯類蒙皮涂層都具備良好的耐鹽霧特性。
機(jī)用液體的影響
飛機(jī)在飛行和維護(hù)保養(yǎng)時(shí)常有機(jī)用液體泄露，因此機(jī)用液體也是影響飛機(jī)蒙皮涂層性能與使用壽命的一大因素。所涉及的機(jī)用液體主要是各種油類，包括航空液壓油、滑油、燃油等。航空液壓油主要分為石油基液壓油和磷酸酯類液壓油。與石油基液壓油相比磷酸酯類液壓油具有耐燃性好的優(yōu)點(diǎn)目前最為常用，但其對(duì)涂層具有較強(qiáng)烈的侵蝕作用。航空滑油多采用雙酯、多元醇酯等合成油。航空燃油主要指適用于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣燃油(航空煤油)。噴氣燃油由直餾餾分、加氫裂化和加氫精制等組分及必要的添加劑調(diào)和而成的一種透明液體，其主要成分為不同餾分的烴類化合物。
機(jī)用液體對(duì)涂層性能的影響主要表現(xiàn)為：涂層的變色、軟化及脫落。我們對(duì)自制聚酯聚氨酯涂層的耐油性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)耐油性與面漆層的交聯(lián)程度密切相關(guān)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。這主要是由于提高涂層交聯(lián)程度，增強(qiáng)了涂層對(duì)于油品的屏蔽性。
3 溫度及溫變的影響
溫度是另一個(gè)十分重要的環(huán)境因素，升高溫度會(huì)加快大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)速度，使涂層以更高的速率降解，基材的腐蝕速率也會(huì)加快。如：光照輻射條件下，涂層溫度的升高會(huì)引起光化學(xué)反應(yīng)的加速。溫度升高10℃，反應(yīng)速度就會(huì)加快1倍。此外，劇烈的溫變也是引起涂層失效的重要因素。飛機(jī)在1-2萬(wàn)米高空飛行時(shí)，飛機(jī)蒙皮表面的溫度可低于-50℃，著陸后停放在烈日下的機(jī)場(chǎng)，蒙皮表面涂層的溫度可達(dá)70℃以上。劇烈的溫度變化會(huì)增大涂層體系的內(nèi)應(yīng)力，這些應(yīng)力會(huì)在涂層內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，造成涂層的降解。因此，飛機(jī)蒙皮涂層必須具備優(yōu)良的柔韌性和耐溫變性。
4 介質(zhì)磨損的影響
飛機(jī)蒙皮涂層的介質(zhì)磨損主要是指飛機(jī)高速飛行時(shí)，空氣、塵埃、砂石、雨、雪、冰雹等對(duì)飛機(jī)蒙皮表面進(jìn)行沖刷而產(chǎn)生的磨損。影響涂層耐磨性的因素包括：斷裂能、摩擦系數(shù)、接觸面積等。耐磨損性隨著斷裂能的增大而增強(qiáng)，隨摩擦系數(shù)和接觸面積的增大而降低。目前常用改善方法是選用具有優(yōu)異耐磨性的樹(shù)脂作為基體樹(shù)脂或選用聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨等耐磨顏料來(lái)降低摩擦系數(shù)和接觸面積等方法提高涂層的耐磨損性。
5 其他影響因素
其他因素還有：飛機(jī)飛行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng);大氣中酸雨的侵蝕;飛機(jī)清洗劑和防冰液的化學(xué)侵蝕等。
