CN103625069B

CN103625069B - 一种飞机发动机进气道前缘

Info

Publication number: CN103625069B
Application number: CN201310514621.7A
Authority: CN
Inventors: 张俊
Original assignee: LIYANG HADA ACHIEVEMENT TRANSFORMATION CENTER Co Ltd
Current assignee: Liyang Technology Development Center
Priority date: 2013-10-26
Filing date: 2013-10-26
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2033-10-26
Also published as: CN103625069A

Abstract

一种飞机发动机进气道前缘，包括发动机进气道前缘壳体和位于壳体外部的防冰涂层，该防冰涂层包括底漆和面漆，所述底漆为水性丙烯酸富锌底漆、面漆为有机硅改性丙烯酸酯涂料；底漆和面漆的干膜厚度分别为19微米和33微米；所述有机硅改性丙烯酸酯涂料包括：按重量计，有机硅改性丙烯酸树脂55-65%，颜色填料20-25%，纳米二氧化钛3%，纳米氧化铝3%，流平剂1%，消泡剂0.8%，分散剂1.2%，催化剂0.5%，溶剂3-5%。根据本发明的发动机进气道前缘能够有效减少冰层在发动机进气道前缘上的形成，且有利于已经形成的冰层的脱落。

Description

一种飞机发动机进气道前缘

技术领域

本发明涉及一种飞机发动机进气道前缘。

背景技术

当今世界，飞机由于其快速、安全的特点而逐渐成为人们日益重视的交通工具。但是，当飞机以小于某一临界马赫数的亚音速在结冰气象条件下飞行时，某些部件的迎风表面就会因大气中的水滴撞击、积聚而结冰，例如发动机进气道前缘。大量的事故和研究都表明，飞机关键部位的积冰，即使是少量的，也会导致飞机的升力下降，飞行阻力增大，从而引起飞机的操纵性和稳定性等气动品质的恶化。尤其是航空发动机在地面和空中一定的温湿度下，进气口整流罩和支板易出现结冰。由于结冰将会导致进气流场畸变，使发动机性能恶化；冰脱落还可能造成发动机叶片断裂，甚至导致机毁人亡的重大事故。尤其是大型飞机，如大型军事运输机具有大推力、大起飞总重、亚音速、强生存力（全天候飞行）等特点，这就决定了这一类飞机不可避免地存在飞行中的结冰问题。因此开展飞机结冰及其防护技术的研究是飞机、尤其是大型运输机研制不可忽视的重要方面，对飞行安全具有重要意义。

针对飞机的不同部位，目前的防/除冰方法如下：⑴发动机压气机引气的热气防冰系统：主要用于机翼、尾翼前缘和发动机进气道唇口和进气部件的防冰，通过热气的加热使防护表面的温度达到结冰条件下过冷水滴的蒸发温度，从而避免过冷水滴在结冰表面冻结结冰。⑵周期气囊式除冰系统：利用发动机引气供给气囊气动通道，使之周期性地膨胀或收缩，破坏冰层与表面的结合力，再在气动力的作用下达到除冰的目的。主要用于机翼、尾翼前缘的除冰，需要的引气比起热气防冰系统小很多，当防冰热气供给不足时，可作为替代的结冰防护措施。⑶电热防/除冰系统：既可持续加热起防冰作用，又可周期加热作为除冰系统。主要用于螺旋桨桨叶、整流帽罩和风挡的防/除冰。除上述电热系统外，低能耗的电斥除冰、电脉冲除冰和其它新型防/除冰方法，如超声波、形状记忆合金和高频电子除冰等也可作为引气防冰的替代方案，这些方案的关键技术仍在开发和试验阶段，需要在使用中进一步验证其可行性和可靠性。

除了上述这些主动除冰的方法外，目前国际上还广泛采用在飞机易结冰部位涂装低表面能疏水涂层的方法来起到被动防除冰的作用。涂在机体表面的低表面能涂层除了可以降低过冷水滴在机体表面的凝结程度，在飞机通过加热主动除冰时，还可以使机体表面冰层融化形成的水滴尽快脱离机体，从而防止重结冰。这种涂装低表面能疏水涂层的方法相对前述几种方法具有成本低、耗能小、实现难度低等特点，是一种很重要的飞机表面防除冰辅助手段。但是，目前的大多数低表面能疏水涂层的性能尚不能完全满足飞机表面防除冰的安全要求。

发明内容

本发明旨在提供一种发动机进气道前缘，其基础壳体外层包括有机硅改性丙烯酸树脂防冰涂层，因此能够有效减少冰层在发动机进气道前缘上的形成，且有利于已经形成的冰层的脱落。

具体地，一种发动机进气道前缘，包括发动机进气道前缘壳体和位于壳体外部的防冰涂层，该防冰涂层包括底漆和面漆，所述底漆为水性丙烯酸富锌底漆、面漆为有机硅改性丙烯酸酯涂料；底漆和面漆的干膜厚度分别为19微米和33微米；所述有机硅改性丙烯酸酯涂料包括：按重量计，有机硅改性丙烯酸树脂55-65%，颜色填料20-25%，纳米二氧化钛3%，纳米氧化铝3%，流平剂1%，消泡剂0.8%，分散剂1.2%，催化剂0.5%，溶剂3-5%；其中的有机硅改性丙烯酸树脂按如下方法制备：（1）准备原料：按重量计，有机硅单体17份，（甲基）丙烯酸酯单体100份，含羟基丙烯酸酯45份，丙烯腈5份，氨基硅油20份，溶剂55份，引发剂5份；（2）将总溶剂量75wt%的溶剂加入到装有回流冷凝管、温度计、搅拌器和滴液漏斗的四口烧瓶中，通入氮气排氧，放入油浴锅中，加热至115℃，开动搅拌器，使溶剂回流；将全部有机硅单体17份、（甲基）丙烯酸酯单体100份、含羟基丙烯酸酯45份、丙烯腈5份、氨基硅油20份、引发剂总量的95wt%、溶剂总量的15wt%组成的混合溶液在2小时内匀速地加入到反应器中，加完后，继续保温反应3小时；将剩余的引发剂和溶剂加入到反应器中，继续保温反应2.5小时停止，冷却至室温，出料；有机硅单体包括重量比4：5的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷。

优选地，（甲基）丙烯酸酯单体包括重量比4：5的丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯。

优选地，所述含羟基丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸-β-羟乙酯、甲基丙烯酸-β-羟丙酯、丙烯酸-β-羟乙酯或丙烯酸-β-羟丙酯中的一种；所述引发剂包括主引发剂和辅助引发剂，所述主引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、二叔戊基过氧化物或二叔丁基过氧化物中的一种；辅助引发剂为过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、二特戊基过氧化物中的一种。主引发剂和辅助引发剂的重量比为4：1。所述溶剂为醋酸乙酯、醋酸丁酯、丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯或丙酮中的一种。

优选地，制备有机硅改性丙烯酸酯涂料的具体步骤如下：在容器中加入80%质量的前述有机硅改性丙烯酸树脂和混合有机溶剂，以及全部的纳米材料和分散剂；进行低速搅拌(380转/分)，搅拌时间约6分钟，停止搅拌机；然后加入所述颜色填料，高速(2500转/分)搅拌15分钟；研磨，达到颗粒细度≤8μm；再加入剩余的有机硅改性丙烯酸树脂和其他各种所述助剂，并用剩余的所述有机溶剂调节粘度；搅拌均匀；过滤出料。

优选地，喷涂底漆和有机硅改性丙烯酸酯涂料形成防冰涂层的工艺如下：

清洗和打磨：

采用60℃温水冲洗去除外壳残余脱漆剂，用洁净的本色细平布沾溶剂粗清洗去除污物，水砂磨或溶剂砂磨外壳表面，用洁净的本色细平布沾与涂料配套的清洗剂精洗表面并干燥，处理过的表面应洁净、无污染，保证35s水膜连续不分岔；

喷涂底漆

在清洗和打磨步骤完成的5小时之内，在外壳表面均匀地喷涂一层水性丙烯酸富锌底漆；采用高压无气喷涂，压力比55:1，喷枪距离650～720mm，喷射角75～85度，喷涂电压28～30V，喷涂电流220～240A，喷嘴直径：0.38～0.46mm，环境湿度：＜76%，外壳表面温度高于露点5℃以上，喷涂一遍；

喷涂有机硅改性丙烯酸酯涂料

在底漆干燥至可粘胶带但不超过72h范围内进行底涂处理：用蘸有柔性溶剂或水剂的砂毡轻磨除去干喷的粗糙，用粘尘布清洁底涂表面的灰尘微粒，然后用柔性溶剂或者酒精等活性溶剂对所有底涂面轻轻擦拭一遍；待其表面干燥、确定底涂表面没有任何的污染后，即可涂装面涂；采用高压无气喷涂，压力比47:1，喷枪距离570～610mm，喷嘴直径：0.85～0.91mm，环境湿度：＜75%，外壳表面温度：高于露点6℃以上，喷射角77～88度，喷涂电压31～35V，喷涂电流220～235A；

养护，待涂层完全干燥即可投入使用。

优选地，防冰涂层在前缘壳体上的厚度不均匀，从进气道前端向后逐渐变薄或者先逐渐变厚再逐渐变薄。

本发明也涉及一种制备有机硅改性丙烯酸树脂的方法、制备有机硅改性丙烯酸酯涂料的方法和在发动机进气道前缘组件中形成防冰涂层的涂料喷涂方法。

具体实施方式

根据本发明的发动机进气道前缘组件包括发动机进气道前缘壳体和位于壳体外部的防冰涂层，该防冰涂层包括底漆和面漆，所述底漆为水性丙烯酸富锌底漆、面漆为有机硅改性丙烯酸酯涂料。优选地，底漆和面漆的干膜厚度分别为19微米和33微米。优选地，本发明中所指的发动机进气道前缘是指投影在弦长前1/5范围的进气道前部。更优选地，防冰涂层在前缘壳体上的厚度不均匀，例如从进气道前端向后逐渐变薄或者先逐渐变厚在逐渐变薄，这样能够既提高防冰特性同时又能够减小对于进气道气动性能的影响。

具体地，在发动机进气道前缘壳体外部形成防冰涂层包括如下步骤：（1）制备有机硅改性丙烯酸酯树脂；（2）制备有机硅改性丙烯酸酯涂料；（3）喷涂底漆和有机硅改性丙烯酸酯涂料，养护形成防冰涂层。

有机硅改性丙烯酸酯树脂制备方法具体如下：（1）准备原料：按重量计，有机硅单体17份，（甲基）丙烯酸酯单体100份，含羟基丙烯酸酯45份，丙烯腈5份，氨基硅油20份，溶剂55份，引发剂5份；（2）将总溶剂量75wt%的溶剂加入到装有回流冷凝管、温度计、搅拌器和滴液漏斗的四口烧瓶中，通入氮气排氧，放入油浴锅中，加热至115℃，开动搅拌器，使溶剂回流；将全部有机硅单体17份、（甲基）丙烯酸酯单体100份、含羟基丙烯酸酯45份、丙烯腈5份、氨基硅油20份、引发剂总量的95wt%、溶剂总量的15wt%组成的混合溶液在2小时内匀速地加入到反应器中，加完后，继续保温反应3小时；将剩余的引发剂和溶剂加入到反应器中，继续保温反应2.5小时停止，冷却至室温，出料。

优选地，有机硅单体包括重量比4：5的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷。

所述含羟基丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸-β-羟乙酯、甲基丙烯酸-β-羟丙酯、丙烯酸-β-羟乙酯或丙烯酸-β-羟丙酯中的一种；

所述引发剂包括主引发剂和辅助引发剂，所述主引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、二叔戊基过氧化物或二叔丁基过氧化物中的一种；辅助引发剂为过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、二特戊基过氧化物中的一种。主引发剂和辅助引发剂的重量比为4：1。

所述溶剂为醋酸乙酯、醋酸丁酯、丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯或丙酮中的一种。

制备有机硅改性丙烯酸酯涂料的具体步骤如下：

在容器中加入80%质量的前述有机硅改性丙烯酸树脂和混合有机溶剂，以及全部的纳米材料和分散剂；进行低速搅拌(380转/分)，搅拌时间约6分钟，停止搅拌机；然后加入所述颜色填料，高速(2500转/分)搅拌15分钟；研磨，达到颗粒细度≤8μm；再加入剩余的有机硅改性丙烯酸树脂和其他各种所述助剂，并用剩余的所述有机溶剂调节粘度；搅拌均匀；过滤出料。

优选地，所用颜色填料可选用多种颜料，例如白色、红色、黄色、黑色或蓝色，其中所述的白色颜料为金红石型钛白粉，所述的红色与黄色颜料为偶氮类颜料，所述的黑色颜料为中色素炭黑，所述的蓝色颜料为酞青系列。所述的流平剂为丙烯酸酯类、酯丁纤维素类以及长链硅树脂类的表面活性剂；所述的催化剂为不含有机锡的环保型催化剂，例如K-KAT4205锆络合物。消泡剂，成份为聚硅氧烷溶液，例如BYK-066N或BYK-141；分散剂，成份为含亲和颜料基团的高分子量嵌段共聚物溶液，如BYK-161或BYK-163；所述的混合溶剂为甲基异丁基酮、丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯的混合物，混合比例为1:2:3。优选地，按重量计，有机硅改性丙烯酸树脂55-65%，颜色填料20-25%，纳米二氧化钛3%，纳米氧化铝3%，流平剂1%，消泡剂0.8%，分散剂1.2%，催化剂0.5%，溶剂3-5%。

喷涂底漆和有机硅改性丙烯酸酯涂料形成防冰涂层的工艺如下：

清洗和打磨：

喷涂底漆

喷涂有机硅改性丙烯酸酯涂料

养护，待涂层完全干燥即可投入使用。

根据本发明的防冰涂层具有较低的表面能，能够有效地防止发动机进气道前缘结冰且有利于已形成的冰块脱落。同时，该防冰涂层符合国家标准，如GB6379、GB1725、GB1720、GB1732、GB1728关于涂层硬度、黏度、附着力、冲击强度和干燥时间的要求。

本领域技术人员可以根据本发明公开的内容和所掌握的本领域技术对本发明内容做出替换或变型，但是这些替换或变型都不应视为脱离本发明构思的，这些替换或变型均在本发明要求保护的权利范围内。

Claims

1.一种飞机发动机进气道前缘，包括发动机进气道前缘壳体和位于壳体外部的防冰涂层，该防冰涂层包括底漆和面漆，所述底漆为水性丙烯酸富锌底漆、面漆为有机硅改性丙烯酸酯涂料；底漆和面漆的干膜厚度分别为19微米和33微米；所述有机硅改性丙烯酸酯涂料包括：按重量计，有机硅改性丙烯酸树脂55-65％，颜色填料20-25％，纳米二氧化钛3％，纳米氧化铝3％，流平剂1％，消泡剂0.8％，分散剂1.2％，催化剂0.5％，溶剂3-5％；其中的有机硅改性丙烯酸树脂按如下方法制备：(1)准备原料：按重量计，有机硅单体17份，(甲基)丙烯酸酯单体100份，含羟基丙烯酸酯45份，丙烯腈5份，氨基硅油20份，溶剂55份，引发剂5份；(2)将总溶剂量75wt％的溶剂加入到装有回流冷凝管、温度计、搅拌器和滴液漏斗的四口烧瓶中，通入氮气排氧，放入油浴锅中，加热至115℃，开动搅拌器，使溶剂回流；将全部有机硅单体17份、(甲基)丙烯酸酯单体100份、含羟基丙烯酸酯45份、丙烯腈5份、氨基硅油20份、引发剂总量的95wt％、溶剂总量的15wt％组成的混合溶液在2小时内匀速地加入到反应器中，加完后，继续保温反应3小时；将剩余的引发剂和溶剂加入到反应器中，继续保温反应2.5小时停止，冷却至室温，出料；有机硅单体包括重量比4：5的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷。