CN109668828A - 一种冰层-基质表面粘附力试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冰层‑基质表面粘附力试验装置，其积冰定位圆筒与螺杆连接套环接触配合，置于基质平板上，螺杆连接套环与拉力传感器通过传感器连接螺杆连接，拉力传感器置于基质平板定位槽内，与传动螺杆连接，传动螺杆穿过通孔定位，基质平板及传动螺杆定位板通过螺纹连接固定于基座平台，支架上部焊接于基座平台，下部焊接于底板；底板通过膨胀螺栓固定于支持面。本发明试验装置能够对冰层‑基质表面粘附特性进行深入研究，全面揭示结冰温度、基质材料、表面喷涂工艺、表面粗糙度等因素对冰层‑基质表面粘附力的影响，总结相关规律，指导结冰防护过程的研究与性能评估。
Description
技术领域
本发明涉及对一种适用于飞机结冰防护领域除冰过程的冰层-部件表面粘附特性研究的试验装置，即，是一种冰层-基质表面粘附力试验装置。
背景技术
当飞机飞行时，由于过冷水滴的作用在一些部位常出现结冰现象，其中以机翼、尾翼、风档、空速管、螺旋桨、直升机旋翼、雷达罩、发动机进气道等前缘处最为常见。飞机表面结冰会引起飞机气动外形改变，导致阻力增大、升力下降，操作性和稳定性降低，极易造成飞机事故，严重威胁着飞行安全。
为保证防护效果，热气防冰系统需要大量高温、高压引气，影响发动机的性能；高温、高压气体通过笛形管的小孔冲击防护表面，会使得结构产生局部高温，对于现代飞机而言，复合材料在机翼等部件广泛应用，其结构在射流高温下可能发生破坏。相比之下，电加热防/除冰方法将加热组件埋覆于结构中，加热效率高、覆盖范围广，具有较低的功率密度和结构温度，因而在能量消耗、结构安全性上具有显著优势。随着多电、全电飞机概念的发展，电热防/除冰系统愈发受到关注，波音-787飞机的机翼采用了全电结冰防护的设计。
电热除冰过程采用周期性电加热的方式，使得积冰在气动力作用下脱离表面，因而积冰与部件表面的粘附状态是决定结冰防护效果的重要因素。目前针对结冰防护过程中的冰层-基质表面粘附状态相关研究较为稀少，缺乏相关试验研究；在相关的除冰过程研究中，往往忽略冰层脱离过程，或者使用经验准则进行判别。随着我国新型民用飞机研发进程的全面开展，电热除冰过程研究，特别是冰层粘附状态研究，成为相关领域的重要研究内容。考虑到结冰防护过程中冰层状态以及相关冰风洞试验条件的复杂性，直接通过除冰过程试验进行积冰粘附研究存在相当的局限性；通过大量的冰层-基质表面粘附力的基础性研究、总结冰层-基质表面粘附状态规律，能够有效深入对除冰过程冰层粘附问题的认识，指导结冰防护相关研究。本发明公开一种冰层-基质表面粘附力试验装置，用于研究结冰温度、基质材料、表面喷涂工艺、表面粗糙度等因素对冰层-基质表面粘附力的影响，总结相关规律，指导结冰防护过程的研究与性能评估。
发明内容
本发明的目的是：提供一种冰层-基质表面粘附力试验装置，该试验装置能够对冰层-基质表面粘附力的特性进行深入研究，从而全面揭示结冰温度、基质材料、表面喷涂工艺、表面粗糙度等因素对冰层-基质表面粘附力的影响，总结相关规律，指导结冰防护过程的研究与性能评估。
本发明的技术方案是：本发明是一种冰层-基质表面粘附力试验装置，主要由冰层-基质平板装配组件(A)和定位基座装配组件(B)两部分构成。冰层-基质平板装配组件(A)包括有积冰定位圆筒(1)、螺杆连接套环(2)、基质平板(3)、传感器连接螺杆(4)、拉力传感器(5)、传动螺杆(6)；传感器连接螺杆(4)安装于螺杆连接套环(2)与拉力传感器(5)之间；拉力传感器(5)安装于基质平板定位槽(32)内；传动螺杆(6)安装于拉力传感器(5)上；定位基座装配组件(B)包括有传动螺杆定位板(7)、基座平台(8)、支架(9)、底板(10)；传动螺杆定位板(7)安装于基座平台(8)上；支架(9)安装于基座平台(8)与底板(10)之间；
积冰定位圆筒(1)为中空结构，通过圆筒外壁(11)与套环内壁面(21)接触；圆筒底面(12)与平板上表面(31)接触；积冰定位圆筒(1)与螺杆连接套环(2)固定；
螺杆连接套环(2)为环装结构，开有第一安装螺纹孔(22)，与左侧螺纹(42)连接；套环底面(23)与平板上表面(31)接触；
基质平板(3)为平板结构，设有第二连接螺纹孔(34)、第三连接螺纹孔(35)、第四连接螺纹孔(36)、第五连接螺纹孔(37)，将基质平板底面(33)与基座平台上表面(81)连接；基质平板定位槽(32)用于限制拉力传感器(5)的位置；基质平板(3)与基座平台(8)固定；
传感器连接螺杆(4)为螺纹变截面圆柱结构，左侧端面(41)与螺杆连接套环(2)接触；右侧螺纹(43)与右侧端面(44)通过第六连接螺纹孔(51)与拉力传感器(5)连接；
拉力传感器(5)为应变式传感器，通过第七连接螺纹孔(52)与传动螺杆(6)连接；传感器前侧面(54)、传感器后侧面(53)、传感器底面(55)与基质平面定位槽(32)接触；
传动螺杆(6)为螺纹等截面圆柱结构，传动螺杆左侧端面(61)通过螺纹(62)与第七连接螺纹孔(52)连接；传动螺杆(6)开有六角盲孔(63)，用于施加拉力；
传动螺杆定位板(7)为平板结构，开有第一通孔(73)，用于固定传动螺杆(6)；传动螺杆定位板(7)开有第八连接螺纹孔(74)和第九连接螺纹孔(75)，将定位板内侧面(71)与基座平台(8)连接；
基座平台(8)上设有第十连接螺纹孔(82)、第十一连接螺纹孔(83)、第十二连接螺纹孔(84)、第十三连接螺纹孔(85)，将基座平台(8)与基质平板(3)连接；第十四连接螺纹孔(86)、第十五连接螺纹孔(87)将基座平台(8)与传动螺杆定位板(7)连接；基座平台下表面(88)与支架(9)固定；
支架(9)包含有第一支架(91)、第二支架(92)、第三支架(93)、第四支架(94)，通过焊接方式与基座平台(8)固定；
底板(10)上设有第二通孔(106)、第三通孔(107)，用于固定底板(10)与支持面；底板上表面(101)设有第一焊接位(102)、第二焊接位(103)、第三焊接位(103)、第四焊接位(104)，用于焊接底板(10)与支架(9)。
本发明的优点是：
1)不同尺寸的积冰定位圆筒(1)可配合相应尺寸的螺杆连接套环(2)安装，能够实现多种接触面积的冰层-基质表面粘附力测量，调整方便；
2)基质平板(3)为可拆卸结构，方便更换不同材料基质平板(3)，以开展基质对粘附力影响的试验研究；
3)基质平板(3)可进行表面喷涂处理、表面粗糙度处理，能够开展不同涂层材料、不同表面粗糙度下的粘附力试验研究。
附图说明
图1是本发明冰层-基质表面粘附力试验装置的整体结构图。
图2是本发明中冰层-基质平板装配组件的分解图。
图3是本发明中定位基座装配组件的分解图。
图4是本发明中螺杆连接套环、传感器连接螺杆、拉力传感器、传动螺杆的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面将结合附图及方案实例，对本发明做进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1、图2、图3所示，支架(9)焊接于底板(10)与基座平台(8)之间，再将传动螺杆定位板(7)通过螺纹连接到基座平台(8)上，形成定位基座装配组件(B)；积冰定位圆筒(1)置于螺杆连接套环(2)内，积冰定位圆筒(1)与螺杆连接套环(2)置于基质平板(3)之上，螺杆连接套环(2)与拉力传感器(5)通过传感器连接螺杆(4)连接，拉力传感器(5)固定于基质平板定位槽(32)上，传动螺杆(6)安装于拉力传感器(5)上，形成冰层-基质平板装配组件(A)；传动螺杆(6)穿过传动螺杆定位板(7)上的第一通孔(73)，实现定位；试验时，通过低温装置使得积冰定位圆筒(1)与基质平板(3)之间形成积冰，利用平头内六角扳手转动传动螺杆(6)实现丝杠传动，对积冰施加切向力，于研究结冰温度、基质材料、表面喷涂工艺、表面粗糙度等因素对冰层-基质表面粘附力的影响，总结相关规律，指导结冰防护过程的研究与性能评估。本发明公开了一种冰层-基质表面粘附力试验装置。
参见图1、图2、图3所示，本发明设计的一种冰层-基质表面粘附力试验装置，所述试验装置由冰层-基质平板装配组件(A)和定位基座装配组件(B)两部分构成；冰层-基质平板装配组件(A)包括有积冰定位圆筒(1)、螺杆连接套环(2)、基质平板(3)、传感器连接螺杆(4)、拉力传感器(5)、传动螺杆(6)；定位基座装配组件(B)包括有传动螺杆定位板(7)、基座平台(8)、支架(9)、底板(10)。
参见图1、图2、图4所示，积冰定位圆筒(1)为中空结构金属圆筒，材料可采用不锈钢、铸铁等，其内径可变，外径与螺杆连接套环(2)内径相匹配；积冰定位圆筒(1)通过圆筒外壁(11)与套环内壁面(21)接触；圆筒底面(12)与平板上表面(31)接触；积冰定位圆筒(1)与螺杆连接套环(2)固定；螺杆连接套环(2)为环装结构，开有第一安装螺纹孔(22)，与左侧螺纹(42)连接；套环底面(23)与平板上表面(31)接触；基质平板(3)为平板结构，材料为金属，可选用蒙皮常用的各类铝合金等材料，表面可进行喷涂工艺处理、粗糙度处理；设有第二连接螺纹孔(34)、第三连接螺纹孔(35)、第四连接螺纹孔(36)、第五连接螺纹孔(37)，将基质平板底面(33)与基座平台上表面(81)连接；基质平板定位槽(32)用于限制拉力传感器(5)的位置；基质平板(3)与基座平台(8)固定；传感器连接螺杆(4)为螺纹变截面圆柱结构，左侧端面(41)与螺杆连接套环(2)接触；右侧螺纹(43)与右侧端面(44)通过第六连接螺纹孔(51)与拉力传感器(5)连接；拉力传感器(5)为应变式传感器，通过第七连接螺纹孔(52)与传动螺杆(6)连接；传感器前侧面(54)、传感器后侧面(53)、传感器底面(55)与基质平面定位槽(32)接触；传动螺杆(6)为螺纹等截面圆柱结构，传动螺杆左侧端面(61)通过螺纹(62)与第七连接螺纹孔(52)连接；传动螺杆(6)开有六角盲孔(63)，利用丝杠结构将周向力转换为沿螺杆方向的拉/压力。
参见图1、图3所示，传动螺杆定位板(7)为平板结构，开有第一通孔(73)，用于固定传动螺杆(6)；传动螺杆定位板(7)开有第八连接螺纹孔(74)和第九连接螺纹孔(75)，将定位板内侧面(71)与基座平台(8)连接；基座平台(8)上设有第十连接螺纹孔(82)、第十一连接螺纹孔(83)、第十二连接螺纹孔(84)、第十三连接螺纹孔(85)，将基座平台(8)与基质平板(3)连接；第十四连接螺纹孔(86)、第十五连接螺纹孔(87)将基座平台(8)与传动螺杆定位板(7)连接；基座平台下表面(88)与支架(9)固定；支架(9)包含有第一支架(91)、第二支架(92)、第三支架(93)、第四支架(94)，通过焊接方式与基座平台(8)固定；底板(10)上设有第二通孔(106)、第三通孔(107)，用于固定底板(10)与支持面；底板上表面(101)设有第一焊接位(102)、第二焊接位(103)、第三焊接位(103)、第四焊接位(104)，用于焊接底板(10)与支架(9)。
本发明设计的一种冰层-基质表面粘附力试验装置，其零部件的装配关系为：积冰定位圆筒(1)的圆筒外壁(11)与螺杆连接套环(2)的套环内壁面(21)接触配合，置于基质平板(3)上；传感器连接螺杆(4)左侧穿过螺杆连接套环(2)的第一连接螺纹孔(23)连接，右侧穿过拉力传感器(5)的第六连接螺纹孔(51)连接；拉力传感器(5)置于基质平板定位槽(32)内；传动螺杆(6)左侧穿过第七连接螺纹孔(52)与拉力传感器(5)连接，右侧穿过第一通孔(73)定位；基质平板(3)及传动螺杆定位板(7)通过螺纹连接固定于基座平台(8)上；支架(9)上部焊接于基座平台(8)，下部焊接于底板(10)；底板(10)上设有第二通孔(106)、第三通孔(107)，通过膨胀螺栓固定于支持面。
本发明设计的一种冰层-基质表面粘附力试验装置，用于研究结冰温度、基质材料、表面喷涂工艺、表面粗糙度等因素对冰层-基质表面粘附力的影响，总结相关规律，指导结冰防护过程的研究与性能评估。
Claims (3)
1.一种冰层-基质表面粘附力试验装置,其主要特征在于：由冰层-基质平板装配组件(A)和定位基座装配组件(B)两部分构成。冰层-基质平板装配组件(A)包括有积冰定位圆筒(1)、螺杆连接套环(2)、基质平板(3)、传感器连接螺杆(4)、拉力传感器(5)、传动螺杆(6)；传感器连接螺杆(4)安装于螺杆连接套环(2)与拉力传感器(5)之间；拉力传感器(5)安装于基质平板定位槽(32)内；传动螺杆(6)安装于拉力传感器(5)上；定位基座装配组件(B)包括有传动螺杆定位板(7)、基座平台(8)、支架(9)、底板(10)；传动螺杆定位板(7)安装于基座平台(8)上；支架(9)安装于基座平台(8)与底板(10)之间；
积冰定位圆筒(1)为中空结构，通过圆筒外壁(11)与套环内壁面(21)接触；圆筒底面(12)与平板上表面(31)接触；积冰定位圆筒(1)与螺杆连接套环(2)固定；
螺杆连接套环(2)为环装结构，开有第一安装螺纹孔(22)，与左侧螺纹(42)连接；套环底面(23)与平板上表面(31)接触；
基质平板(3)为平板结构，设有第二连接螺纹孔(34)、第三连接螺纹孔(35)、第四连接螺纹孔(36)、第五连接螺纹孔(37)，将基质平板底面(33)与基座平台上表面(81)连接；基质平板定位槽(32)用于限制拉力传感器(5)的位置；基质平板(3)与基座平台(8)固定；
传感器连接螺杆(4)为螺纹变截面圆柱结构，左侧端面(41)与螺杆连接套环(2)接触；右侧螺纹(43)与右侧端面(44)通过第六连接螺纹孔(51)与拉力传感器(5)连接；
拉力传感器(5)为应变式传感器，通过第七连接螺纹孔(52)与传动螺杆(6)连接；传感器前侧面(54)、传感器后侧面(53)、传感器底面(55)与基质平面定位槽(32)接触；
传动螺杆(6)为螺纹等截面圆柱结构，传动螺杆左侧端面(61)通过螺纹(62)与第七连接螺纹孔(52)连接；传动螺杆(6)开有六角盲孔(63)，用于施加拉力；
传动螺杆定位板(7)为平板结构，开有第一通孔(73)，用于固定传动螺杆(6)；传动螺杆定位板(7)开有第八连接螺纹孔(74)和第九连接螺纹孔(75)，将定位板内侧面(71)与基座平台(8)连接；
基座平台(8)上设有第十连接螺纹孔(82)、第十一连接螺纹孔(83)、第十二连接螺纹孔(84)、第十三连接螺纹孔(85)，将基座平台(8)与基质平板(3)连接；第十四连接螺纹孔(86)、第十五连接螺纹孔(87)将基座平台(8)与传动螺杆定位板(7)连接；基座平台下表面(88)与支架(9)固定；
支架(9)包含有第一支架(91)、第二支架(92)、第三支架(93)、第四支架(94)，通过焊接方式与基座平台(8)固定；
底板(10)上设有第二通孔(106)、第三通孔(107)，用于固定底板(10)与支持面；底板上表面(101)设有第一焊接位(102)、第二焊接位(103)、第三焊接位(103)、第四焊接位(104)，用于焊接底板(10)与支架(9)。
2.根据权利要求1所述的冰层-基质表面粘附力试验装置，其特征在于：通过低温装置使得积冰定位圆筒(1)与基质平板(3)之间形成积冰，利用平头内六角扳手转动传动螺杆(6)实现丝杠传动，对积冰施加切向力。
3.根据权利要求1所述的冰层-基质表面粘附力试验装置，其特征在于：基质平板(3)为平板结构，与基座平台(8)固定；基质平板(3)材料为金属，可选用蒙皮常用的各类铝合金等材料，表面可进行喷涂工艺处理、粗糙度处理，以实现不同基质材料、不同表面处理条件的粘附力试验。
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