CN105312213A - 一种采用温敏材料对民用客机外表面进行涂装的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用温敏材料对民用客机外表面进行涂装的方法，在机身外表面喷涂过程中首先喷涂底漆，再喷涂白色面漆，对机体的金属材料或者复合材料进行保护，之后喷涂航空公司的Logo以及特色图案，最后在上外表面喷涂温敏涂料，常温情况下为无色，在低温情况下为深色。这样可以使飞机在高空巡航状态时，飞机的上外表面为深色，增加太阳光的吸收量。本发明的方法能够减少飞机客舱的热载荷需求，降低飞机燃油消耗，提高飞机运行经济性、舒适性和环保性。

Description

一种采用温敏材料对民用客机外表面进行涂装的方法

技术领域

本发明属于飞机外表面涂装领域,具体涉及一种采用温敏材料对民用客机外表面进行涂装的方法。

背景技术

飞机涂装是指在飞机外表面喷涂相应颜色和图案，增加飞机表面材料抗腐蚀性，提高表面光洁度，以保证飞机的飞行安全和使用寿命。对于民用飞机，同时也是航空公司展示公司形象，提高所属飞机辨识度的手段之一。

飞机涂装包括出厂喷涂和日常喷涂两种。出厂喷涂由飞机制造商提供，根据飞机用户的需求，订制喷涂颜色和图案。日常喷涂由飞机维修商提供，民用飞机需要定期重新喷涂，以维持飞机表面抗腐蚀性和光洁度，此外根据飞机运营商航空公司的特殊需求，如广告宣传、活动纪念等做特殊图案的喷涂。出厂喷涂和日常喷涂的工艺过程基本相同，日常喷涂增加了去除底漆的过程。

飞机表面喷涂的基本步骤包括：表面清洁、喷底漆、喷面漆、喷标志与图案、整理等步骤。飞机表面可由航空公司自主决定喷涂方案的区域包括机身和垂尾，机翼因为可活动部件较多，通常采用飞机制造商建议的处理方式，不进行特殊图案的喷涂。

大气温度随高度变化的总体趋势为：高度越高，温度越低。大气环境温度的变化直接影响了飞机环控系统的工作状态。飞机上的环控系统负责将机舱内的温度、压力、湿度等环境条件控制在一个适宜的范围内，以满足人员乘坐的需求。

现有技术方案下，飞机的外表面涂层不能根据环境温度调整颜色，增加阳光的利用率，一旦喷涂完成，在下一次重新喷涂之前，飞机的外表面涂层是不变的。航空公司通常选择白色等较浅颜色的飞机外表面涂装。根据研究和试验表明，白色吸光吸热能力最弱，黑色吸光吸热能力最强，但是在冷天条件下或者高空巡航过程中，当客舱内需要制热时，飞机的白色涂装则使其不能更多的吸收太阳光。为了达到控制飞机温度的目标，飞机环控系统需要消耗大量的能量，这显著增加了飞机的燃油消耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：通过本发明的一种采用温敏材料对民用客机外表面进行涂装的方法，使飞机机身外表面涂层的颜色可以根据环境温度进行变化，在低温时为深色，增加阳光的吸收率，在常温和高温时为浅色，降低阳光的吸收率，从而降低客舱的结构热载荷。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种采用温敏材料对民用客机外表面进行涂装的方法，其步骤包括；

1)在机身外表面喷涂过程中首先喷涂底漆；

2)在底漆上涂一层白色面漆，对机体的金属材料或者复合材料进行保护；

3)在白色面漆上使用普通涂料喷涂航空公司的Logo以及特色图案；

4)在喷涂航空公司的Logo以及特色图案后的机身外表面，喷涂有机可逆温敏涂料，所述有机可逆温敏涂料常温下为无色，机身显示白色面漆基础上所喷涂的航空公司的Logo以及特色图案，在低温情况下显示深色涂装效果，增加太阳光的吸收量，机身显示深色涂装效果和所喷涂的航空公司的Logo以及特色图案。

其特征在于，所述有机可逆温敏涂料，是在普通涂料中添加温度敏感性分子，所述温度敏感性分子内含遇热可起化学反应而变色的化合物所包裹的微胶囊。

其特征在于，所述有机可逆温敏涂料的颜色变化阈值为-20℃～-10℃，低于该阈值时为低温显深色区域，高于该深时为常温及高温显无色区域。

本发明的优点在于：

本发明提出的方法，使飞机机身外表面涂层的颜色可以根据环境温度进行变化，在低温时为深色，增加阳光的吸收率，在常温和高温时为浅色，降低阳光的吸收率，从而降低客舱的结构热载荷，使客舱的总热载荷降低10％～20％，进而降低飞机空调系统的能量消耗，提高飞机的运营经济性。

附图说明

图1是大气环境温度随高度与季节变化曲线

图2是民用飞机外表面温敏涂装方法示意图

图3是喷涂后的效果示意图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

民用飞机的一次完整飞行任务包括以下阶段：地面滑行、跑道滑跑、起飞、爬升、巡航、下降、近进、降落、滑入停机位。在这个过程中，外界环境温度将发生剧烈变化，如附图1所示为地球大气温度随高度的变化曲线。可知，大气温度随高度变化的总体趋势为，高度越高，温度越低。

大气环境温度的变化直接影响了飞机环控系统的工作状态。飞机上的环控系统负责将机舱内的温度、压力、湿度等环境条件控制在一个适宜的范围内，以满足人员乘坐的需求。为了达到这一目标，飞机环控系统需要消耗大量的能量，这显著增加了飞机的燃油消耗。这其中，温度控制消耗了绝大部分能量。

飞机客舱的热载荷包括结构热载荷、太阳辐射热载荷、人员热载荷、电子设备热载荷、厨房热载荷等，所有这些热载荷相加作为飞机环控系统内空调子系统的控制输入条件之一。其中结构热载荷是指通过机身壳体结构进入客舱的热量，其决定因素包括机身外表面温度、客舱温度以及机身壳体材料。当前飞机壳体材料、内饰材料以及内部填充物材料的发展都已相当成熟，因此其传热系数基本稳定在一个范围之内，约为2W/(m²·K)。结构热载荷的工程计算公式为：

Q_struc＝U×S×(T_skin-T_cabin)………………………………(1)

式中：U为传热系数，S为驾驶舱或客舱面积，Tskin为蒙皮温度，Tcabin为舱室温度。

由公式(1)可知，飞机壳体的外表面温度与舱内温度之差越大，则结构热载荷越大。根据大量飞机的设计与运营数据，结构热载荷在总热载荷中占到的比重约为20％～50％。

当客舱总热载荷为正时，需要空调系统提供制冷输入；当客舱总热载荷为负时，需要空调系统提供制热输入。标准天和热天情况下，在整个飞行任务中，飞机在地面及低空爬升情况下客舱总热载荷通常为正，需要提供制冷输入；而在高空爬升至巡航过程中，因外界环境温度降至-40℃至-55℃，客舱总热载荷变为负，需要提供制热输入。而在冷天条件下，则通常是全程都需要制热输入。

在热天地面条件下，为了节省燃油，飞机的主发动机通常不运行。飞机环控系统或者由地面空调车提供制冷空气，或者由辅助动力装置APU为机载空调设备供能以提供制冷空气，这两种方式的制冷能力都有限。为了尽量降低客舱的热载荷，航空公司通常选择白色等较浅颜色的飞机外表面涂装。根据研究和试验表明，白色吸光吸热能力最弱，黑色吸光吸热能力最强，在两种颜色的涂装下，金属蒙皮的温度可相差15℃甚至更多。由公式(1)可知，在客舱内温度设定恒定时，机身外表面温度越低，结构热载荷越小。

但是在冷天条件下或者高空巡航过程中，当客舱内需要制热时，飞机的白色涂装则使其不能更多的吸收太阳光，其外表面温度与外界环境大气温度基本相同。如果在这种条件下使用深色涂装，提高机体外表面吸收的太阳能，提高外表面温度，则可以有效缩小壳体内外的温差，降低结构热载荷，进而降低客舱总热载荷，减少飞机燃油消耗。

参见附图2，本发明采用的解决方法为一种采用温敏材料对民用客机外表面进行涂装的方法，其步骤包括；

1)在机身外表面喷涂过程中首先喷涂底漆；

2)在底漆上涂一层白色面漆，对机体的金属材料或者复合材料进行保护；

3)在白色面漆上使用普通涂料喷涂航空公司的Logo以及特色图案；

4)在喷涂航空公司的Logo以及特色图案后的机身外表面，喷涂有机可逆温敏涂料，所述有机可逆温敏涂料常温下为无色，机身显示白色面漆基础上所喷涂的航空公司的Logo以及特色图案，在低温情况下显示深色涂装效果，增加太阳光的吸收量，机身显示深色涂装效果和所喷涂的航空公司的Logo以及特色图案。

其中，所述有机可逆温敏涂料，是在普通涂料中添加温度敏感性分子，所述温度敏感性分子内含遇热可起化学反应而变色的化合物所包裹的微胶囊。

其中，所述有机可逆温敏涂料的颜色变化阈值为-20℃～-10℃，低于该阈值时为低温显深色区域，高于该深时为常温及高温显无色区域。

图3是喷涂后的效果示意图，通过这种温敏涂料在飞机外表面喷涂中的应用，可以使飞机外表面在制冷需求情况下为白色等浅颜色，减少太阳能的吸收；在寒冷环境条件下，需要制热的情况时，为黑色等深色涂装，增加太阳能的吸取，减少飞机客舱的热载荷需求，降低飞机燃油消耗，提高飞机运行经济性、舒适性和环保性。

Claims (3)

1.一种采用温敏材料对民用客机外表面进行涂装的方法，其步骤包括；

1)在机身外表面喷涂过程中首先喷涂底漆；

2)在底漆上涂一层白色面漆，对机体的金属材料或者复合材料进行保护；

3)在白色面漆上使用普通涂料喷涂航空公司的Logo以及特色图案；

4)在喷涂航空公司的Logo以及特色图案后的机身外表面，喷涂有机可逆温敏涂料，所述有机可逆温敏涂料常温下为无色，机身显示白色面漆基础上所喷涂的航空公司的Logo以及特色图案，在低温情况下显示深色涂装效果，增加太阳光的吸收量，机身显示深色涂装效果和所喷涂的航空公司的Logo以及特色图案。

2.如权利要求1所述的一种采用温敏材料对民用客机外表面进行涂装的方法，其特征在于，所述有机可逆温敏涂料，是在普通涂料中添加温度敏感性分子，所述温度敏感性分子内含遇热可起化学反应而变色的化合物所包裹的微胶囊。

3.如权利要求1所述的一种采用温敏材料对民用客机外表面进行涂装的方法，其特征在于，所述有机可逆温敏涂料的颜色变化阈值为-20℃～-10℃，低于该阈值时为低温显深色区域，高于该深时为常温及高温显无色区域。