我国是一个海洋大国，为维护我国领海安全和经济发展，海洋/沿海地带也已成为我国的军事前沿战略区域。随着我国一路一带建设，近海防御和远海防卫的战略转变，我国军机上岛上舰已趋于常态化。

同时，随着沿海和岛礁实战化训练任务和航母训练任务不断推进和深化，军用飞机的服役环境与以往相比发生很大变化，变得十分苛刻，它将长期面临海洋的高温、高湿、高盐、高强度太阳辐照等严酷环境考验。飞机结构长期受到这些“四高”环境的作用，其金属基体会产生腐蚀损伤，进而造成结构的腐蚀破坏，影响飞机的正常使用和合理维护，腐蚀损伤严重时会影响飞机的使用安全。在航空领域，飞机结构腐蚀现象非常普遍，由于结构腐蚀引发的安全事故也是屡见不鲜。同时，飞机结构腐蚀损伤的控制及修理费用也非常巨大。

飞行结构腐蚀监测的必要性

腐蚀和疲劳是造成军用飞机和民用飞机结构破坏的两大重要因素，但在飞机服役过程中纯粹的疲劳破坏是极其少见的，大多数是在周围介质影响下的腐蚀疲劳。著名专家Bcohen提出“最大限度地减少腐蚀和它对飞机结构和零件的危害，是当今空军面临的主要问题之一” 。

腐蚀损伤达到一定程度后会诱发事故，严重情况下甚至会导致机毁人亡。一方面，腐蚀只能有效抑制而无法根本消除；另一方面，腐蚀会随着飞机服役年限增加而日益增加，特别是当飞机超出了原定日历寿命时更是如此。

近年来我军航空装备随着服役年限的增长、海上活动范围扩大及停留时间的增加，腐蚀问题也逐渐凸显 。经过对腐蚀数据的调查分析，航空装备腐蚀的主要原因是：一方面对装备服役环境的恶劣程度认识不充分，设计不合理、制造工艺不恰当、使用维护措施不合理、部分老旧装备腐蚀防护体系相对落后等；另一方面对装备腐蚀防护与控制工作缺乏有效的科学管理。

飞机结构腐蚀控制要求已是飞机结构完整性特别是耐久性要求的重要组成部分，在我国国家军用标准及美国军用规范中均有明确的阐述和规定。对于难以检查和修理的结构，腐蚀防护体系应在其整个使用寿命内有效（指不会因腐蚀防护体系失效使结构产生不可经济修复的腐蚀损伤），而对其他结构，应在不小于一个预定检查周期内有效。

做好航空装备腐蚀防护与控制工作，不仅要研究和发展先进的腐蚀防护与控制技术，更重要的是有系统的顶层规划、完整的管理架构、合理的运作流程。目前国外基于腐蚀防护系统工程理论开展全面系统的全寿命周期腐蚀防护工作，以腐蚀控制系统工程学为基础，贯穿装备论证、设计、制造、使用、维护等全过程，确保装备全寿命周期腐蚀防护与控制工作的协调性和延续性，达到技术和管理的有机结合。

国内外腐蚀防护与控制现状

欧美国家很早就开始重视腐蚀对军用飞机结构完整性的影响，先后投入了大量经费开展研究和试验。美国海军研究实验室、空军研究实验室及波音公司等单位在多年腐蚀试验、研究和数据积累的基础上，不断创新发展，应对飞机结构腐蚀的理念已从“发现-修复”转变为“预防-预测-检测-管理”。

上世纪70年代，美国、英国、日本等国开展了系统的装备腐蚀防护与控制工作，尤其美军在装备腐蚀防护与控制方面的研究一直走在世界前列。从第3代战斗机开始开战了腐蚀防护与控制系统工程学研究，逐渐摆脱传统以修理为主的被动应对飞机腐蚀的理念，将装备腐蚀控制研究发展成为防护系统工程学，形成系统的防腐蚀技术体系。

由于美军二战以后经历频繁的海外军事活动，充分认识到了装备腐蚀的严重危害，美国国防部决定必须采取合理的腐蚀防护措施。尤其进入21世纪，美国国会通过立法的形式，制定了相关法律条款并列入《美国法典》，提出了腐蚀防护与控制的顶层管理要求，构建了国会监督，国防部负责的腐蚀与防护执行委员会，明确了各级组织机构的职责以及彼此隶属关系。

2005年，美国海军在P-3C型飞机的8个部位安装了电流式腐蚀传感器，如图2所示，对腐蚀电流进行监测，电流式腐蚀传感器有效降低了飞机的运营和支持成本，并提高了其可用性。2005年，ABBOTT利用美国Battelle公司研发的基于直流腐蚀监测传感器对KC135、C141、C130、F16和F15s等飞机进行局部腐蚀监测，每架飞机安装了12～20个传感器，记录了超过200000个飞行小时，累积了大量的腐蚀数据，为后续腐蚀预测模型的开发奠定了基础。

澳大利亚的国防科技组织（DSTO）一直致力于研发用于飞机环境监测的传感器及仪器。1998年，他们将设计的一款环境监测仪器用于P-3C Orion型号飞机，2001年用于F-111型飞机，监测飞机的润湿时间。2008年，澳大利亚利用传感器套件监测飞机的腐蚀状态与腐蚀环境来预测局部环境，并确定飞机结构表面发生腐蚀的概率。

2007年，美国西南研究所的YANG等发明了一种耦合多电极矩阵传感器，该传感器可以监测局部腐蚀损伤深度。2010年，KERSTEN利用ANALATOM公司研发的商业腐蚀监测系统AN101W对UH-1型老化飞机腐蚀监测系统进行设计并完成布网，该传感器系统包含16个传感器（14个线性极化腐蚀速率传感器和两个温湿度传感器）、两个数据记录器、电源、电路系统、无线数据传输设备以及相关的数据处理软件，该传感器系统可以有效监测飞机隐蔽区域发生的腐蚀损伤。

近年来，随着腐蚀监测传感器及仪器的不断优化、升级和发展，美国、澳大利亚等国家在多架飞机上应用了腐蚀监测技术，对环境与腐蚀进行了监测。根据腐蚀传感器监测得到的温湿度以及腐蚀状态信息，建立环境、湿度与腐蚀之间的关系，并与飞机飞行模式以及所处基地的位置相关联，证实了不同飞机空间、基地位置以及飞行模式与结构腐蚀的相关性。

而我国也是近年来逐渐认识到腐蚀对武器装备的危害性和腐蚀防护的重要性。国内在2000年前后先后启动了“中国工业与自然环境腐蚀问题调查与对策“、“腐蚀成本经济性分析与防腐策略研究预研”等项目，在相关项目推动下我军也在腐蚀防护方面投入了大量的精力，但更多的是注重于腐蚀防护技术，对其他领域缺乏重视，管理相对宽松。与美军相比还存在着较大的差距，例如：缺乏管理与技术咨询机构、标准体系不健全、环境及装备腐蚀数据匮乏、专业技术人才不足等。因此急需在借鉴美军经验基础上结合我军自身特点不断提升、完善。

飞行结构腐蚀的成因和监测

飞机结构腐蚀的随机性大、类型多样，腐蚀损伤又直接影响着飞机的剩余寿命，关乎飞行安全，因此研究腐蚀的控制方法尤为重要。

以往飞机的腐蚀研究关注于防腐蚀设计以及腐蚀后的检测与维修，主要是利用各种无损检测技术发现并确定飞机腐蚀的位置。如超声成像、超声C扫描、磁光成像、涡流检测等，都是在腐蚀已经发生的情况下定位腐蚀，根据损伤情况采取相应补救措施。

在JSF(JointStrikeFighte)项目引入了故障预测与健康管理(PrognosticsandHealthManagement，PHM)技术后，飞机的腐蚀预测渐得到了重视。飞机腐蚀环境监测就是基于此提出的，指针对飞机结构的特点，在一些易发生腐蚀的部位安装监测节点，实时采集周围的环境参数，经过信号调理后上传至客户端建立数据库。以此对环境的变化进行分析，预测腐蚀发生的可能性，尽早对飞机进行维护，减小因腐蚀发生造成的损失。JSF项目的SFHM(StructuralPHM)团队就承担了为F-35设计综合性抗腐蚀环境传感器的任务，预测腐蚀损伤。

除此之外美国的Honeywell实验室设计了腐蚀环境监测设备，Boeing公司和澳大利亚的CSIRO合作开发了飞行器结构腐蚀预诊断方法，Lunalnnovations研制了机载无线腐蚀环境监测系统，越来越多的科研机构投入到飞机腐蚀环境监测的研究中。

飞机结构腐蚀的成因是多方面的，温湿度是最关键的因素，其他如结构表面的湿润状况、氯化物的污染也是航空金属腐蚀的重要原因。

盐雾是一种常见的飞机腐蚀成因，在盐雾这种氯离子浓度较高的场合，氯化物会沉降在飞机外表面或随冷凝水滞留在内部，易形成电解质溶液而加速结构腐蚀 。因此，选取温度、相对湿度、湿润时间和氯离子浓度等4个参数对其进行长期监测，分别依靠温湿度传感器、湿润时间传感器和电化学传感器来完成。其中温湿度传感器已经发展得较为成熟，可以直接选择商用传感器，而后两种传感器并没有符合应用要求的在售。

1.温湿度的测量

比如，Sensirion公司生产的SHT15贴片封装的温湿度一体化传感器，该传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号，使用方便。SHT15温湿度传感器有看较高的测量精度和分辨率，测温范围为 - 40~ 123.8，相对湿度为0~ 100%，能满足飞机环境监测的票求。除此之外，该传感器体积小、功耗低，测量状态时的功耗仅为3mw，这些都为机载应用提供了便利条件。

2.氯离子浓度的测量

目前常见的氯离子测定方法有摩尔法、分光光度法、浊度法、离子色谱法等，但是这些测定仪器在质量、功耗、操作方法等方面不能满足飞机安装测试的要求。还有一种方法是采用电化学传感器来监测氯离子浓度。其为双电极栅状结构，当传感器暴露在潮湿的大气中或处于有积水的地方，其表面会凝结层水膜。这层水膜溶解了盐类和其他杂质，形成了一定氯离子浓度的电解质溶液，给电化学腐蚀提供了条件。

该传感器的测量原理类似于线性极化技术：首先等待电极的自腐蚀电位稳定，电极反应处于平衡状态，之后对电极外加微小电压进行极化，则正向和逆向的反应速度不相等，电流随之发生变化。工作时对传感器的电极施加微小电压，实时监测输出电流。这种方法本用来测算金属的腐蚀速率，但得到的数据也与腐蚀环境的相关参数有关联 。

由于氯离子对电化学腐蚀有推动作用，在传感器监测溶液中氯离子的浓度时，发现氯离子浓度越高，输出电流就会越大，通过监测电流的变化即可获取氯离子浓度的变化情况。传统的线性极化测量装置都是三电极系统，由工作电极、参比电极和辅助电极组成。其中工作电极和参比电极的电极过程是一样的，它们的腐蚀电位相近，加之极化时间很短，因此可以采用相同的材质制成这两个电极。

3.湿润时间的测量

腐蚀环境研究中的湿润时间，是指金属暴露在空气中表面持续湿润的时间，是导致金属在大气中发生腐蚀的一个重要因素。

当前对于湿润时间的测量大多是通过综合气象站提供的气象数据(相湿度、降雨量等)统计得到的 ，而实际航空金属表面的湿润状态成因复杂，需要设计专门的传感器进行测量。常用的湿润时间传感器是基于电偶腐蚀的原理，传感器表面湿润时，异金属电极浸没在电解质溶液中，伽伐尼电池被激活，输出一定的电压。该传感器经过Sereda ，Tomashov等人的不断发展，已在大气腐蚀监测中较为常用。该类传感器存在着电极材料易消耗，使用寿命不长，且电偶腐蚀会改变溶液成分而影响测量结果的缺点。

电阻式湿润时间传感器的主体部分为同种金属制成的交叉指状电极，当空气干燥时，电极之间相互绝缘，传感器的输出电阻无穷大；若空气湿度增大至表面凝结液滴，或有降雨、降雪、结露等现象发生，电极将被短路，输出电阻大大降低。使用前设置一个临界电阻值，当输出电阻低于这一界限则认为表面已经湿润，连续监测输出数据即可记录下传感器表面的湿润时间。该传感器的敏感元件为相同材质的双电极，以往的制作方法是将材料加工成丝状，平行缠绕在绝缘体上，构成检测极。

总结：

由于我国在飞机结构腐蚀监测技术研发方面起步较晚，技术水平还处在技术方案可行性论证和实验室验证阶段，技术成熟度较低，缺乏系统性的研究及仪器研发。针对我国航空领域实际应用需求，借鉴国外研究发展过程，我国飞机结构腐蚀监测技术领域可以重点从下几个方面开展技术攻关：

1.提升传感器工程适用性。腐蚀传感器用于在线监测飞机结构腐蚀是可行的，但用机载腐蚀传感器完全取代地面检查，实现远距离监测系统的大规模应用还需要长远发展。2.发展基于多参量信息融合的高可靠诊断方法。每种腐蚀监测技术都有其自身的特性，适合于监测某一种或几种类型的腐蚀，采用单一的腐蚀监测方法往往不能满足要求，需要采用先进的人工智能算法、大数据处理技术等融合多种监测参量的方法进行综合诊断，才能获得准确可靠的结果。

3.研发智能化腐蚀监测仪器。飞机结构腐蚀监测仪器的工作模式由单点、单参、间断性、离线式监测向多点、多参量、实时、在线监控转变已成为发展趋势。4.建立“积木式”综合环境下腐蚀监测技术的研究和验证体系。针对飞机关键结构，综合考核载荷和环境因素，系统性开展腐蚀监测技术、监测仪器的研究和验证。

文章来源： 无损检测NDT ，环境技术科技核心期刊，文秘帮