[发明专利]一种积木式飞机结构件大气腐蚀预测方法

说明书

本发明公开了一种积木式飞机结构件大气腐蚀预测方法，通过渐进式增大试验件几何尺寸参数并逐步将试验件构型特异化，完成积木式腐蚀模型的构建与调试，最终采用积木式腐蚀模型进行整机级腐蚀仿真模拟，获得腐蚀电流分布，预测腐蚀热点位置，导出腐蚀三维几何形貌，评估机体结构腐蚀风险，其中，积木式腐蚀模型的构建包括试片级模型调试、平板级模型验证和结构件应用三部分；本发明通过试片级→模拟件级→组合件级海洋环境下“积木式”多电极耦合仿真与试验方法，将试验规模由多到少、由大到小、自下而上构成金字塔结构，通过渐进式增大试验件几何尺寸并逐步将试验件构型特异化，实现对飞机机体结构完整性的评估分析和试验验证，既提高了腐蚀仿真模拟的可用性和准确性，保证了型号项目的研究质量，又最大程度地降低了试验的时间与费用成本。

技术领域

本发明涉及飞机腐蚀预测和金属大气腐蚀技术领域，尤其涉及一种积木式飞机结构件大气腐蚀预测方法。

背景技术

海洋环境下服役飞机经常遭受高温、高湿和高盐雾的“三高”环境影响，结构腐蚀相较于内陆更为严重。对于飞机外表面，除降雨、降雪或飞机清洗等人为因素造成局部积水会产生浸泡状态下的腐蚀外，机体结构的腐蚀基本处于大气腐蚀状态。通过对沿海现役飞机局部环境的调研发现，飞机结构内部的位置不同，其腐蚀环境也不同：结构底部区域，易于积水，溶液NaCl浓度大导致电导率高，金属发生浸泡腐蚀；结构顶部区域，积水概率低，金属主要发生大气腐蚀；结构中部区域，有积水的可能性，金属主要发生大气腐蚀或浸泡腐蚀。

金属大气腐蚀的本质是不同厚度薄液膜状态下的电化学腐蚀，与溶液中的腐蚀有很大区别，这主要是由于薄液膜厚度的变化影响了电极反应的传质过程，如溶解氧的扩散、腐蚀产物的积聚等，进而对大气腐蚀的速度产生显著影响。自然环境中的液膜受到多变气相环境影响，在低湿度环境中液膜会由于挥发而减薄，在高湿度环境中液膜会由于水汽凝聚而增厚，液膜厚度呈现往复交替动态变化。液膜厚度减薄的同时会因表面张力增强，液膜发生分离，成为数个小块液膜，呈现分散液膜；液膜增厚时会因重力作用，分散液膜重新聚集为整块液膜，降低整体液膜的分散程度。这两种情况是气相相对湿度高低交替变化引起的液膜厚度和分散度交替变化，均属于动态液膜形态。动态液膜的厚度和分散度变化会引起液膜下基材腐蚀速度的变化，且变化幅度极大，其对液膜腐蚀机理亦有显著影响，进而导致动态液膜腐蚀行为影响因素更多更复杂。

虽然目前国内外对于大气腐蚀的研究较多，用于薄液膜环境下金属腐蚀研究的现代研究方法主要有大气腐蚀测量仪(ACM)、微距电极技术、Kelvin探针、电化学阻抗技术、电化学噪声技术、磁阻探针技术、丝束阵列电极技术、原位动态检测等方法，但是，由于液膜厚度属微米级，其准确控制与测量仍是研究的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种积木式飞机结构件大气腐蚀预测方法，不仅能够有效降低飞机结构件大气腐蚀研究门槛，显著减少试验工作量及时间成本，还能够明显提高飞机结构件大气腐蚀的预测精度，为飞机结构件防腐蚀设计和外场腐蚀防护与控制工作提供更为准确的指导。

本发明采用的技术方案为：

一种积木式飞机结构件大气腐蚀预测方法，包括以下步骤：

Step1、渐进式增大试验件几何尺寸参数并逐步将试验件构型特异化，完成积木式腐蚀模型的构建与调试；

具体过程如下：

1.1、试片级模型调试，腐蚀预测模型初步构建；

具体为：

s101：基于飞机实际服役环境条件，对试片级试验件进行电化学腐蚀试验，获取试片级试验件仿真模型的基础数据；试片级试验件仿真模型的基础数据包括单一材料的极化数据、异种材料间的电偶电流和电偶电位；

s102：创建仿真对象的数字化几何模型；

s103：以单一材料的极化数据作为模型仿真边界条件的元数据，基于壳电流分布初步构建腐蚀预测模型；