王浩偉 中國特種飛行器研究所副總工程師、結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室常務副主任

    飛機的腐蝕防護與控制是一個系統工程，貫穿于飛機方案論證 / 設計、生產制造、使用維護的全壽命周期。結構腐蝕防護與控制技術是在腐蝕科學理論基礎上，融合了腐蝕經濟學、表面工程學、管理學、環境工程學等學科的一門新興學科，包括成套的腐蝕防護與控制技術、試驗和檢測技術、設計原則及其相關工藝、方法和標準。結構腐蝕防護與控制技術屬于航空裝備的重要技術領域，是未來航空科技和武器裝備研制、發展所必不可少的技術之一。為了深入探討腐蝕與防護技術的前沿科學，為推動結構腐蝕防護與控制技術跨越式發展指明了方向。記者特采訪到了中國特種飛行器研究所副總工程師、結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室常務副主任王浩偉做相關方面的精彩解讀。

    記者：中國特種飛行器研究所腐蝕防護與控制研究中心是航空裝備腐蝕防護與控制技術研究的專業機構，請介紹貴所腐蝕防護與控制研究中心在航空領域的戰略定位、使命及發展歷程。

    王浩偉：70 年代初期，中國特種飛行器研究所基于青六水上飛機面臨的嚴重腐蝕環境，建立了“腐蝕防護與控制”特色專業，在國內率先開展了飛機腐蝕防護與控制技術研究。遵循“認識→機理性研究→研究性試驗→驗證性試驗→工程轉化與應用”的基本模式，歷經數十年的研究與發展，在腐蝕防護與控制標準體系、結構抗/防腐蝕設計與分析、先進表面工程技術應用、腐蝕損傷預測與評估、腐蝕監控、防腐蝕維護和修理技術等方面做了系列化的研究工作，在腐蝕防護與控制領域形成了較強的技術和產品優勢。

    基于成果和經驗的積累，中國特種飛行器研究所于 2007 年向國防科工局正式提交了腐蝕防護與控制基礎研發條件建設項目的申請，并于 2008 年正式批復（2009 年 1 月，六Ｏ五所正式成立“腐蝕防護與控制研究中心”）。該中心是致力于開展航空裝備腐蝕防護與控制研究的專業機構，其發展目標是實現航空裝備全壽命期內的腐蝕防護與控制，成為航空裝備腐蝕防護與控制系統工程解決方案供應商，形成航空裝備腐蝕防護與控制系統工程技術、航空裝備腐蝕防護與控制設計/分析/驗證技術、航空裝備腐蝕防護與控制使用維修技術三大核心競爭。從事了大量的腐蝕防護與控制技術基礎理論和應用技術研究，特別是在水面飛行器與水面航行體抗腐蝕綜合性能設計與分析技術、腐蝕損傷評估分析技術、腐蝕損傷維護與修理技術等多個方面取得了突出的成績。承擔和完成了海鷗 300 輕型水陸兩棲飛機、蛟龍 600 大型滅火 / 水上救援水陸兩棲飛機以及多款軍用型號的試驗任務和航空裝備腐蝕防護與控制相關探索與預研任務，在型號研制和關鍵技術預研中發揮了重要的作用。

    腐蝕防護與控制研究中心擁有航空工業集團唯一的結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室，并通過了中國合格評審國家認可委員會（CNAS）和國防科技工業實驗室認可委員會（DILAC）認可，可模擬再現裝備使用中所處腐蝕環境，具備開展多項標準（GJB150、GJB4239、MIL-STD-810F 等 ） 以 及 非標環境試驗的能力，實現裝備材料、結構、部件及系統等的環境適應性評估及驗證；擁有 6×6×5m 大型步入式環境試驗系統，具備對外承接鹽霧、濕熱、光老化等各種環境試驗的能力和資質。

    記者：貴所擁有航空工業集團唯一的結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室，請簡要介紹該重點實驗室的基本情況及在航空裝備型號研制過程中發揮的重要作用。

    王浩偉：結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室主要面向國防科技與航空科技發展和未來武器裝備研制需求，開展全壽命期內的結構、系統及機載設備腐蝕防護與控制基礎理論研究、應用基礎研究、應用研究與型號研制中的關鍵技術攻關；構筑航空腐蝕防護與控制技術共性基礎理論研究平臺和應用技術平臺，探索腐蝕與防護技術前沿科學，推動結構腐蝕防護與控制技術跨越式發展；成為腐蝕防護與控制技術領域人才培養的基地和學術交流的平臺。實驗室著重研究抗腐蝕設計與分析技術、腐蝕損傷分析與評定技術、腐蝕損傷維護與修理技術三個主要研究方向。

    重點實驗室已有一支由材料學、腐蝕防護、結構強度、高分子材料、工程力學、電子電氣、軟件等多學科專業組成的人才隊伍。現在固定人員 44 人，其中研究員 4 人、高級職稱 27 人、中級職稱 16 人、初級職稱 1 人，碩博人員學歷占比例為 72%。重點實驗室建成后，緊緊圍繞國家航空核心發展領域和重點型號研制需求為出發點，打造了一支國家級的高水平的腐蝕防護與控制科研團隊，引領國內腐蝕防護與控制技術，培養優秀的學科帶頭人、建立結構合理的學術梯隊、形成標志性的研究成果、打造學習型團隊。

    實驗室的發展目標為探索未來航空用新型結構腐蝕與防護技術及其應用的新原理、新概念、新方法，推動航空腐蝕防護與控制探索性、創新性的應用基礎研究和關鍵技術研究，提供航空用腐蝕與防護技術及其應用創新的技術源泉，為航空廠所提供先進的腐蝕防護與控制技術；推動和引領先進結構腐蝕防護與控制技術的發展，為航空企業提供技術支持，實現我國航空用腐蝕與防護技術跨越式發展，成為國內一流、國際知名的航空腐蝕防護與控制技術應用基礎研究基地。

    實驗室秉承“開放、共享、互贏”的開放運行模式，以“提升理論研究水平、解決工程實際問題、促進產業發展”為指導思想，與國內航空、船舶、中電等主機廠 / 所以及科研院校進行了大量的技術交流與合作，開展了以型號背景為主導的基礎理論研究、應用基礎研究、應用技術基礎研究和關鍵技術攻關相結合的、有目標的探索和預研工作，以及和成果應用研究相結合型號腐蝕防護與控制設計、分析與試驗工作，目前全面參與了多款海軍在研在役型號的腐蝕防護與控制設計工作，在我國航空裝備型號研制和關鍵技術攻關中發揮了極其重要的作用；同時與歐美國家、俄羅斯、德國、荷蘭等技術發達國家從事腐蝕與防護技術研究和應用的著名公司、研究機構、大學等進行了多種形式的交流與合作，對掌握腐蝕與防護新技術及國內外腐蝕防護與控制技術的發展動態、提高結構腐蝕防護與控制技術水平起到了積極的作用。

    記者：請結合當前我國航空裝備的發展需求，談談航空裝備腐蝕嚴峻性及航空裝備腐蝕防護與控制發展的必要性。

    王浩偉：航空裝備在惡劣的使用環境下，由于受到化學、熱和氣候環境要素與力學因素多種因素耦合作用下，極易發生嚴重的腐蝕問題。一方面，腐蝕可削弱結構強度，破壞飛機結構的完整性，影響飛機的正常使用，甚至危及飛行安全；另一方面，每年不得不投入大量的經費和人力進行腐蝕維護，造成巨大的浪費。據美國海軍的統計數據：從1994 年到 2004 年的十年中，每年約 1億平均維修工時用于解決腐蝕問題及腐蝕檢查工作，平均 7.6 維修小時 / 飛行小時，占整個檢查維修時間的 36%；由于腐蝕損傷，海軍裝備每年直接損失達10 億美元左右；因腐蝕而引發的安全事故 224 件，涉及飛機 227 架，如 F-18飛機由于腐蝕造成起落架失效斷裂等。美國海軍曾明確提出，結構及設備等嚴重、廣布的腐蝕損傷已成為當前航空裝備頭等重要的安全問題。

    從國內來看，XX 航直升機的出現了嚴重的表面防護材料失效及機體材料腐蝕問題，使得部分直升機的服役壽命不及陸上飛機使用時的 20%。XX 飛機在青島服役，由于在海上起降，且長期停放于青島海邊，環境惡劣，飛機的結構腐蝕情況相當嚴重，機身船體水線以下部分，機、尾翼結構腐蝕嚴重。鉚釘、螺釘孔周圍易于遭受腐蝕，有縫隙的部位都易產生縫隙腐蝕。腐蝕嚴重區域包括機翼梁緣條、蒙皮；機身船體蒙皮、長桁、龍骨梁；尾翼梁緣條、蒙皮等。通過對大修后服役 5 年的水上飛機預先確定的飛機結構 183 個重點部位的普查發現，發生腐蝕的部位有 77 處，其它損傷 20 處。其中嚴重腐蝕部位 39 處，一般腐蝕部位 38 處，該飛機每隔 5 年結構就要進行全機腐蝕修理。

    根據對國內外飛機，特別是海洋環境下使用的飛機的服役情況分析可見，腐蝕是影響飛機使用安全和壽命的關鍵因素，如腐蝕防護控制不當，將嚴重影響飛機的出勤率及服役壽命，增加維護成本。因此，腐蝕問題已經成為制約我國海洋環境下使用飛機研制及使用的重大問題之一。

    記者：貴所腐蝕防護與控制研究中心開展了 30 多年的腐蝕防護與控制技術研究，請介紹下貴所多年來的技術研究、技術儲備以及技術成果轉化運用情況。

    王浩偉：“八五”期間，中國特種飛行器研究所針對水上、水面飛行器生存環境的特殊性，在國內率先開展了腐蝕防護與控制技術研究，跟蹤研究、解決水上飛機機體結構嚴重腐蝕問題。歷經“九五”、“十五”、“十一五”和“十二五”，特別是 2009 年腐蝕防護與控制研究中心成立后，長期致力于軍用、民用飛行器結構的腐蝕防護與控制及其對結構強度、壽命影響的綜合技術研究，主持或參加了腐蝕防護與控制技術領域的多項大、中型預研項目，研究內容涵蓋了腐蝕損傷的微觀特性、腐蝕機理、腐蝕類型、腐蝕環境下的結構耐久性、腐蝕損傷容限（額定值）、腐蝕損傷剩余強度 / 壽命、腐蝕損傷動力學規律、腐蝕損傷失效模式 / 判據、腐蝕損傷監控與維修安全性以及材料 / 典型件 / 結構件環境損傷試驗方法等，實現了飛機結構腐蝕 / 環境損傷被動控制技術向主動控制技術的發展；在水面飛行器等航空裝備結構抗腐蝕綜合性能設計與分析技術、腐蝕損傷評估分析技術、腐蝕損傷維護與修理技術等多個方面取得了突出的成績。

    中國特種飛行器研究所腐蝕防護與控制研究中心瞄準國外腐蝕防護與控制技術開展的相關研究，重點開展了腐蝕防護與控制技術體系的建立、防腐蝕技術的研究與提升、成果的轉化與應用等，解決了型號研制中的腐蝕防護急需技術，縮小了國內外在腐蝕防護與控制技術方面的差距，形成了一批有型號應用前景的關鍵技術成果。通過多年的研究取得顯著成果 30 余項，關鍵技術突破20 余項，成果應用 13 余項，在 10 個以上型號進行了應用。例如：通過研究形成的標準體系和指南，在 XX 直升機等多個重大型號的設計中提供了指導，推動了腐蝕防護與控制技術在型號上的實施；開展了先進的表面處理技術和防護材料研究并實現了工程化應用；成功研制出緩釋劑、清洗劑等防腐蝕維護產品，填補了國內空白，并已在海軍直升機和固定翼飛機試用，取得了明顯的防腐蝕效果；近五年在結構腐蝕防護與控制技術領域獲得集團及以上科技成果 9 項，其中國防科技進步一等獎 1 項、二等獎1 項，集團級科技進步一等獎 1 項，二等獎 3 項，三等獎 3 項，出版論著 3 部，頒布海軍標 2 部，報批標準 5 部。

    記者：根據未來海洋環境下使用武器裝備研制的技術發展需求，貴所如何利用腐蝕防護領域的技術、產品優勢發揮武器裝備型號在研制及使用維護維修中的作用。

    王浩偉：基于海洋大國的戰略定位，我國航空裝備出海 / 遠洋執行任務次數不斷增多。我國海洋環境下使用的飛機的研制及發展已經逐漸趨于體系化和系列化，目前在研及即將開展研制的多款海軍型號飛機也已開始立項論證。這些裝備面臨嚴酷的濕熱海洋環境和大過載、高應力環境的交互 / 協同作用，對裝備的腐蝕防護與控制性能提出了更高的要求。

    中國特種飛行器研究所通過多年的預先研究，在腐蝕防護與控制技術研究領域有著雄厚的技術儲備，具有型號研制過程中腐蝕防護與控制及外場維護與維修等工作經驗，將繼續開展基于新形勢下的新技術、新材料、新工藝研究，提升技術儲備能力和工程化技術水平，建立健全的型號研制腐蝕防護與控制研究保障體系。同時，將結合部隊型號維護與維修工作，擴大新產品的研發和技術成果轉化力度，全面提升腐蝕防護與控制管理體系構建能力、技術水平、設計水平、試驗驗證水平及維護維修保障能力，滿足型號全壽命期腐蝕防護與控制需求。

    因此，為支撐我國航空裝備使用環境下結構的腐蝕防護與控制，提高航空裝備使用環境下的飛行安全性和出勤率，降低維修成本，中國特種飛行器研究所腐蝕防護與控制研究中心與航空工業有關設計、研究、制造和使用單位緊密合作，促進我國航空結構腐蝕防護與控制技術在應用基礎理論、應用基礎理論、應用技術基礎和關鍵技術攻關方面的發展，解決結構腐蝕防護與控制中的重大技術基礎問題、揭示結構在使用環境下的腐蝕基理、掌握結構腐蝕產生和損傷擴展規律、提供結構腐蝕防護與控制應用技術基礎，構建新機研制及腐蝕防護與控制關鍵技術研究所急需的基礎保障條件。

    記者：結構腐蝕防護與控制技術在航空裝備應用方面未來的發展趨勢如何？

    王浩偉：結構腐蝕防護與控制技術中服務于航空裝備發展的先進技術很多，我們列舉一些有代表性的技術來說明。首先是先進防護涂料技術，如：納米顆粒改性的無鉻預處理和底漆、高耐紫外防腐涂層、防污 / 自潔涂層、超疏水 / 疏油涂層、耐雨蝕彈性納米涂層等。Akzo Nobel 公司采用基于鎂的納米顆粒代替鉻酸鹽，有效地防止了高強度鋁合金的腐蝕，其無鉻環氧底漆：37063、37076、CF37112、CF37124；無 鉻 聚 氨 酯 底 漆：Aerodur CF Primer37047、Aerodur CF Barrier Primer 37045已在空客和波音飛機型號上廣泛使用。而 Deft 公司無鉻體系－預處理劑和底漆 09GY007（零 VOC）正在美國空軍F-15 和挪威空軍 F-16 戰斗機上進行試驗。針對紫外光輻射導致的表面漆層破壞和樹脂降解的問題，國外已研制出特種聚氨酯涂料，該涂料試用 10 年后，光澤仍能保持 80% 以上；空客飛機試飛 10 個月后，漆膜光澤毫無變化。美國、俄羅斯發展了含氟彈性防雨蝕涂料，此涂料在 200 ～ 260℃下具有長期熱穩定性；同時美國研發成功 AeroKret 納米彈性涂層，上述兩種涂層有效解決了200 ～ 260℃下高氣動熱的防護和亞音速飛機玻璃鋼部件的雨蝕問題。未來航空涂料將向：底漆無鉻、無鉛化；底面漆體系高性能化，如高柔韌型、耐高溫型、多功能復合型等；體系薄膜化和輕質化；涂料環境友好化，如高固體分、無溶劑、水性和紫外光（UV）固化方向發展。

    其次是先進腐蝕監測技術，國外基于電化學的腐蝕損傷監測技術實現了較大的技術突破，新型腐蝕損傷傳感器可實現對 pH 值、離子濃度、失重率、濕度、溫度和載荷的監控，已經在軍、民用飛機上實現了工程應用。如美國海岸警備隊在 HC-130、HH-60、HU25 飛機上安裝了幾十個薄片式腐蝕傳感器，以監控結構的腐蝕速率及評定使用維護措施的有效性；美國海軍將腐蝕監測傳感器應用于 C-130、F-16、H-60 等飛機上，采集了 3-5 年的腐蝕環境或腐蝕速率數據，通過傳感器對清洗周期、緩蝕劑和防護體系的性能進行了在線評價。

    最后談一下結構腐蝕仿真模擬與預測技術，國外長期開展結構腐蝕技術研究，基礎理論堅實，逐步達到了對結構腐蝕仿真模擬分析與預測。早期的腐蝕損傷預測技術主要是通過統計腐蝕數據規律來建立數學模型，利用數學模型推測腐蝕的發展和影響。此類方法由于僅從數學的角度建立了腐蝕時間和結果之間的關系，無法考察腐蝕各因素對結構的影響，不便于更深入的研究腐蝕。近年來從介觀的角度進行的數值模擬方法已逐步應用于材料科學領域，尤其是腐蝕科學領域。美國弗吉尼亞大學利用元胞自動機技術建立的鋁合金的 2D/3D 腐蝕擴展模型，首次實現了腐蝕損傷的三維仿真模擬。美國海軍司令部為降低試驗費用和周期，委托 GCAS 公司開發了全尺寸腐蝕模擬仿真專家系統和建模工具，稱為加速腐蝕專家模擬系統（ACES），目前的 ACES 已經具備了均勻腐蝕、電化學腐蝕和縫隙腐蝕的分析能力，并且采用了飛機的 3D 模型。未來的腐蝕預測及仿真技術將會考慮更多的腐蝕因素，研究腐蝕及載荷損傷交互作用，同時具備多種腐蝕類型的分析模型，形成完整的腐蝕預測及仿真模擬方法，評定結構承受周期載荷和環境作用后發生腐蝕的概率及腐蝕的危險程度。

    后記：

    采用合理的腐蝕防護設計和有效的腐蝕控制措施對保證飛機在使用壽命期內的飛行安全尤為重要。中國特種飛行器研究所結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室針對抗腐蝕設計與分析、腐蝕損傷分析與評定、腐蝕損傷維護與修理等三個我國航空工業急需的重要支撐技術進行全面深入的研究，引領本領域技術創新發展的需求，為我國特種飛行器產業的飛躍發展做出了重要貢獻！我們衷心祝愿其百尺竿頭更進一步！

    ●  人物簡介

    王浩偉，男，1966 年 11 月生，現任航空工業特種飛行器研究所研究員、副總師，結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室副主任，1990 年畢業于武漢理工大學工程力學專業，主要從事飛機結構強度設計和腐蝕防護與控制研究工作。現兼任腐蝕防護與控制研究中心主任，海軍預研專家組專用航空裝備組專家，中航工業航材中心表面工程分委會第五屆委員會委員，中航工業特級技術專家，湖北省復合材料學會第六理事會常務理事。從“十五”至今，主持或參與海軍預研、空軍預研、國防基礎科研、民機科研、集團創新基金和型號關鍵技術攻關項目 40 余項，包括多款軍用飛機、水上飛機、地效飛機、地效翼船等型號總體方案論證工作。曾獲集團公司科技進步二等獎 5 項、三等級 7 項；陜西省國防科學技術委員會一等獎 1 項；中國航空學會二等獎 1 項；集團公司預先研究個人二等功 1 次；2010 年獲湖北省勞模；2011 年獲省專項津貼；2014 年獲集團公司“科技之星”榮譽稱號。先后在《航空學報》、《腐蝕科學與防護技術》、《裝備環境工程》、《力學與實踐》等刊物上發表學術論文 20 篇，參與編著腐蝕類專著 5 部。

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