CN109823567A - 动态模拟飞机迎风面及旋翼受环境侵蚀的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种试验装置，用于动态模拟及检验飞行器迎风面以及直升机旋翼在工作状态下，在风雨、盐雾、酸雨等腐蚀环境之下对涂料、保护膜、基材造成侵蚀的情况，检验涂料、保护膜和材料的有效性，所述试验装置包括：雨模拟装置，用于喷水以模拟腐蚀雨雾环境；旋转臂，主要包括双臂平衡叶片，所述双臂平衡叶片上具有用于对称放置一对或多对试样的试样放置部；所述旋转臂的中部垂直固定连接一旋转轴，所述旋转轴由驱动装置驱动。本发明在动态的环境下对材料进行测试，测试结果更加真实，真正模拟飞机飞行过程中受雨水、盐雾、酸性大气等环境侵蚀状况。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态模拟飞机迎风面及旋翼受环境侵蚀的试验装置及试验方法，用于检验飞行器迎风面以及直升机旋翼在工作状态下，暴露在腐蚀环境之下时对涂料、保护膜、基材造成侵蚀的情况，检验涂料、保护膜和材料的有效性。
背景技术
飞机所处的工作环境经常受到雨水冲击、盐雾腐蚀、酸性大气等的影响，为了延长使用寿命，通常在飞机结构件外部做涂层或附加保护膜处理，而这些涂层和保护膜在飞行器工作的环境下的有效性如何无法得知，目前只能通过在投入使用之前做一些静态试验来检测材料的性能。
目前的“静态试验”大多数是滴雨、淋雨等雨蚀设备，简易的稳态淋雨装置的原理是：让水或盐水从分配器中滴出，模拟雨水环境以及盐雾环境，达到进行淋雨试验的目的，但目前的静态试验装置只能对雨量进行调节，而待测材料则始终处于静态放置。因此，这种试验方法无法模拟真实的飞行环境：
一方面，雨水被设计为以一定的速度拍打试验材料或部件，但试验所设计的速度远达不到飞机真正飞行状态下的速度；
另一方面，试验条件下试验样品是静止状态，而真实情况下雨雪和飞机都是运动的，两者之间存在一定的速度差。
发明内容
本发明提供一种试验装置，是一种动态模拟飞机迎风面及旋翼受环境侵蚀的试验装置，用于检验飞行器迎风面以及直升机旋翼在工作状态下，暴露在腐蚀环境之下对涂料、保护膜、基材造成侵蚀的情况，检验涂料、保护膜和材料的有效性。
本发明的技术方案如下：
一种试验装置，用于动态模拟及检验飞行器迎风面以及直升机旋翼在工作状态下，在腐蚀环境之下对涂料、保护膜、基材造成侵蚀的情况，检验涂料、保护膜和材料的有效性，所述试验装置包括：
雨模拟装置，用于喷水以模拟腐蚀雨雾环境；
旋转臂，主要包括双臂平衡叶片，两个叶片上分别具有用于对称放置一对或多对试样的试样放置部；所述旋转臂的中部垂直固定连接一旋转轴，所述旋转轴由驱动装置驱动。
在优选的实施方式中，所述旋转臂的直径为1.3m~2m，每个所述叶片在其上表面具有所述试样放置部；两个所述叶片上的各试样放置部能够对称容纳两片或四片试样，例如15cm长的试样。
在优选的实施方式中，所述叶片的端面为弧面。该弧面设计能够更好的模仿直升机桨叶端面和固定翼迎风面的前缘部分形状。
在优选的实施方式中，所述驱动装置包括电机，所述电机沿平行于所述旋转轴的方向设置，并且所述电机与所述旋转轴之间通过传动机构进行力的传递。
在优选的实施方式中，所述电机壳体上设有振动传感器，以感测旋转臂的水平和垂直位移，模拟了实际飞行的位移。
在优选的实施方式中，所述试验装置还包括第一外部壳体，所述旋转臂位于所述第一外部壳体之内；所述试验装置还包括第二外部壳体，所述电机设置在所述第二外部壳体之内；所述旋转轴穿过所述第一外部壳体和所述第二外部壳体。
在优选的实施方式中，所述雨模拟装置主要包括水箱、水泵、进水管线、若干喷嘴，所述水箱设置在所述第二外部壳体之内，所述水泵和进水管线设置在所述第二外部壳体和所述第一外部壳体空间的外部，所述喷嘴设置在所述第一外部壳体的上方，且位于所述第一外部壳体空间的内部。更具体地，所述第二外部壳体之内设有容置体，所述水箱设置在所述容置体之上；所述旋转轴分别穿过所述第二外部壳体的上盖和所述容置体的底面并通过两轴承与所述第二外部壳体的上盖和所述容置体的底面进行枢转连接。
在优选的实施方式中，所述第一外部壳体的底面设有泄水孔，所述泄水孔之下接有泄水管，所述泄水管连通至所述水箱。此种结构设置使得试验完毕后的水被回收至所述水箱内。
在优选的实施方式中，所述进水管线上设有压力调节器和流量计，用于控制降雨率；所述喷嘴的入射角度能够改变，以调整喷雾高度。
在优选的实施方式中，所述喷嘴设置多个，并且多个所述喷嘴为等距离安装；所述雨模拟装置还包括多个雨量计，所述雨量计安置于喷嘴下方。更优选地，所述喷嘴有四个；所述雨量计为四个，四个所述雨量计立式安装，所述四个雨量计以大约90度分开放置，并且使每个量杯的顶部高于叶片2.5~3厘米，优选2.5cm。
在优选的实施方式中，所述试验装置还包括框架结构，所述雨模拟装置和所述旋转臂均位于所述框架结构内。
在优选的实施方式中，所述的试验装置还包括控制系统，所述控制系统包括：控制机柜、摄影机和灯光、降雨控制子系统、电脑监视器。
一种动态模拟飞机迎风面及旋翼受环境侵蚀的试验方法，其使用上述的试验装置，并且包括如下步骤：
在安装在旋转臂上之前称量样品；为了保持旋转臂平衡，分别安装在旋转臂的两个叶片上的两组试样必须具有相同的重量±3克；
试验时，将迎风面样品或者旋翼样品固定在旋转臂的两端叶片的试样放置；
调节好水流的角度和降雨率，以及旋转臂的速度。
在优选的实施方式中，样品的重量可以通过将粘合剂胶带粘到金属薄片的内侧来调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过旋转臂模拟了飞机飞行过程中迎风面及旋翼所受雨水、盐雾、酸性大气等真实工作状态的腐蚀环境，实现了在样品处于动态时进行测试；在动态的环境下对材料进行测试，既可以调节雨速、雨水的角度，同时又可以调节旋翼/迎风面的速度，真正模拟飞机飞行过程中受雨水的侵蚀状况，且可以在旋转臂的不同位置放置不同类型的试样，模拟多种型号的飞机桨叶在不同转速下淋雨试验的结果，测试结果更加真实，能够真正模拟飞机飞行过程中受雨水、盐雾、酸性大气等环境侵蚀状况。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为现有技术中的稳态淋雨或滴水实验简易装置的示意图；
图2是本发明实施例的试验装置的侧视图；
图3是本发明实施例的图2试验装置的A-A剖视图；
图4是本发明实施例的试验装置的俯视图；
图5是本发明实施例的试验装置的旋转臂的俯视图和侧视图，其中（a）为俯视图，（b）为侧视图；
图6是本发明实施例的框架的正视图和侧视图，其中（a）为正视图，（b）为侧视图。
具体实施方式
目前，飞机淋雨实验需要模拟的腐蚀类型主要如下：
盐雾腐蚀。在近海区域飞行时，海洋大气的特点是湿度高、含盐量高、含有大量的氯离子，这些氯离子沉降在飞机上，对结构件起到催化腐蚀的效果。所以，海洋大气中的盐雾对飞机结构有很大的腐蚀作用。
雨水腐蚀。飞机长时间受雨水冲刷侵蚀的作用，会造成表面防护涂层和蒙皮的剥落。我国大部地区都处在温暖而潮湿的东南季风和西南季风控制下，降雨量大，在近海及海域飞行，不可避免会受到海风的吹蚀。
水汽腐蚀。通常沿海使用的飞机比内地严重，离海岸越近的地区越严重，水上飞机普遍比陆上飞机腐蚀更严重。这是因为水汽会进入飞机结构缝隙部位和其他易积水、易受潮部位。此外，水汽会加速飞机表面涂层的脱落并且会进入飞机内部，长时间作用会造成飞机结构件腐蚀。
酸性大气。近年来随着空气污染的加重，酸性气体，包括硫氧化物、氮氧化物等其他化合类物质，这类气体在大气中含量越来越高，酸性气体的存在会增加对飞行器表面的腐蚀而影响其使用寿命。
而目前用于淋雨试验的设备如图1所示，该种淋雨试验的设备是简易的稳态淋雨装置，让水或盐水从水滴分配器中滴出，模拟雨水环境以及盐雾环境，达到进行淋雨试验的目的，但这种装置只能对雨量进行调节，待测材料则处于静态放置。而真实的飞行环境，涂料及保护膜材料将附在飞机桨叶表面进行动态飞行，目前的装置无法模拟这一点。
本发明可以真实模拟固定翼飞机迎风面或者直升机旋翼在高速飞行运转过程中，遇到雨水天气、沿海盐雾、酸性大气等环境，对迎风面或旋翼外部涂料和保护膜等材料的影响，检验飞行器迎风面以及直升机旋翼在工作状态下，暴露在腐蚀环境之下对涂料、保护膜、基材造成侵蚀的情况，检验涂料、保护膜和材料的有效性。
下方结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
请参见图1，本实施例提供的一种试验装置，用于动态模拟及检验飞行器迎风面以及直升机旋翼在工作状态下，暴露在腐蚀环境之下对涂料、保护膜、基材造成侵蚀的情况，检验涂料、保护膜和材料的有效性，所述试验装置包括：
雨模拟装置，用于喷水以模拟雨雾环境；雨模拟装置主要包括水箱11、水泵12、进水管线13、喷嘴14；
旋转臂2，主要包括双臂平衡叶片，请结合参见图5，其中，两个叶片上分别具有用于对称放置多对试样的试样放置部21，在可替换实施例中试样放置部也可以仅设置一对，本发明不限制试样放置部的设置数量；请再次参见图1，所述旋转臂2的中部以垂直方式固定连接一旋转轴3，所述旋转轴3由驱动装置驱动；具体在本实施例中，驱动装置包括电机41，所述电机41沿平行于所述旋转轴3的方向设置，并且所述电机41与所述旋转轴3之间通过传动机构42进行力的传递；所述电机41例如为30~35kw，每分钟3000~4000转，具体地例如3555转，440V，3相，60Hz，垂直传动；
第一外部壳体51和第二外部壳体52，本实施例的第一外部壳体51为空心圆柱体形，第二外部壳体52为空心圆柱体形；其中，所述水箱11水平放置在第二外部壳体52内部的一容置体521上，电机41固定在第二外部壳体52的侧面上；旋转轴3穿过所述第二外部壳体52的上盖和容置体521的底面并分别通过轴承8与所述第二外部壳体52的上盖和容置体521的底面实现枢转连接，这种两端支撑结构增加了轴承的稳定性；旋转轴3同时还穿过第一外部壳体51；所述旋转臂2位于第一外部壳体51之内；所述水泵12和所述进水管线13位于第一外部壳体51和第二外部壳体52之外；所述喷嘴14位于所述第一外部壳体51之内且位于上部；第一外部壳体51和第二外部壳体52的材质可以使用10cm以上木桶或同等可承受试验强度的等价物；
框架结构6，上述所有结构，包括所述雨模拟装置的所有结构和所述旋转臂2，均位于所述框架结构6内。框架结构6的设置进一步保证了使用安全。框架结构6的材质可以使用铝材；在本实施例中，框架结构6为长方体型，其正视图和侧视图请参见图6（a）和（b）；
控制系统（图中未示），所述控制系统包括：控制机柜、摄影机和灯光、降雨控制子系统、电脑监视器等。
请参见图5，在优选的实施方式中，所述旋转臂2为1.3m~2m直径的零升程和低阻力系数设计的双臂平衡叶片，每一侧设计成容纳多个不同设计的15cm长的试样；并且，所述叶片的端面为弧面。该弧面设计可以模仿直升机桨叶端面和固定翼迎风面的前缘部分形状。
在优选的实施方式中，所述电机41的壳体上设有振动传感器（图中未示），以感测旋转臂2的水平和垂直位移，进而模拟了实际飞行的位移。所述振动传感器的预设值为0.2±0.01mm。
在优选的实施方式中，请参见图2，所述第一外部壳体51的底面设有泄水孔61，所述泄水孔61之下接有泄水管62，所述泄水管62连通至所述水箱11。此种结构设置使得试验完毕后的水被回收至所述水箱11内。
在优选的实施方式中，所述进水管线13上设有压力调节器和流量计（图中未示），用于控制降雨率；所述喷嘴14的入射角度能够改变，以调整喷雾高度。
请参见图2、图4和图6，在优选的实施方式中，所述喷嘴14设置多个，并且多个所述喷嘴14为等距离安装；具体地，所述喷嘴14有四个；所述雨模拟装置还包括多个雨量计7，具体为四个，所述雨量计7安置于喷嘴14下方。四个所述雨量计7立式安装，并以大约90度分开放置，并且使每个量杯的顶部高于旋转臂2的叶片2.5厘米。
本实施例的试验装置的降雨通过多个喷嘴14来模拟，水滴尺寸为1至4毫米，由喷嘴41确定。并且通过设置在进水管线13上的压力调节器和流量计来控制降雨率，以及通过改变喷嘴14的入射角度来调整喷雾高度。
使用本实施例的试验装置进行试验的步骤例如包括：
在将样品安装在旋转臂2上之前称量样品；为了保持旋转臂2平衡，分别安装在旋转臂2的两个叶片上的两组试样必须具有相同的重量±3克，如果安装的样品的重量差大于3克，可能会导致严重的振动，导致设备损坏；优选地，样品的重量可以通过将粘合剂胶带粘到金属薄片的内侧来调节；
试验时，将迎风面样品或者旋翼样品固定在旋转臂2的两端叶片的试验容置部；
调节好水流的角度和降雨率，以及旋转臂的速度。
本发明的试验装置具有以下特点：
A.利用旋转臂模拟动态飞行，进行动态的淋雨试验，确定雨水冲击、盐雾、酸性大气等腐蚀等对飞机表面涂料、基材或保护膜材料的影响；
B.位于电动机壳体上的震动传感器感测旋转臂的水平和垂直位移，模拟了实际飞行的位移；
C、本发明旋转臂模拟的直升机桨叶旋转速度可达2000~4000r/min，目前未有类似装置能达到这个速度，因此本发明可以真实模拟直升机旋转与飞机迎风面的速度以及雨水打落表面的情况，包括降雨速度、入射角度等；
D、本发明是对飞机表面基材（或漆层、保护膜）的测试，是对材料的测试。目前未曾发现其他的真实测试这些材料工作性质的试验装置；
E、本发明可测高温、高湿、高盐、酸性大气环境下材料的防腐蚀性能；
F、本发明包括控制系统，控制系统包括：控制机柜、摄影机和灯光、降雨控制系统、电脑监视器。
G.与现有测试方法相比较，全动态试验的试验方法。
本发明的试验装置可以真实模拟固定翼飞机迎风面或者直升机旋翼在高速飞行运转过程中，遇到雨水天气、沿海盐雾、酸性大气环境，对迎风面或旋翼外部涂料和保护膜等材料的影响，检验飞行器迎风面以及直升机旋翼在工作状态下，暴露在腐蚀环境之下对涂料、保护膜、基材造成侵蚀的情况，检验涂料、保护膜和材料的有效性。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (16)
1.一种试验装置，用于动态模拟及检验飞行器迎风面以及直升机旋翼在工作状态下，在腐蚀环境之下对涂料、保护膜、基材造成侵蚀的情况，检验涂料、保护膜和材料的有效性，其特征在于，所述试验装置包括：
雨模拟装置，用于喷水以模拟腐蚀雨雾环境；
旋转臂，主要包括双臂平衡叶片，两个叶片上分别具有用于对称放置一对或多对试样的试样放置部；所述旋转臂的中部垂直固定连接一旋转轴，所述旋转轴由驱动装置驱动。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述旋转臂的直径为1.3m～2m，每个所述叶片在其上表面具有所述试样放置部；两个所述叶片上的各试样放置部能够对称容纳两片或四片试样。
3.根据权利要求1或2所述的试验装置，其特征在于，所述叶片的端面为弧面。
4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机，所述电机沿平行于所述旋转轴的方向设置，并且所述电机与所述旋转轴之间通过传动机构进行力的传递。
5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，所述电机壳体上设有振动传感器，以感测所述旋转臂的水平和垂直位移，模拟了实际飞行的位移。
6.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括第一外部壳体，所述旋转臂位于所述第一外部壳体之内；所述试验装置还包括第二外部壳体，所述电机设置在所述第二外部壳体之内；所述旋转轴穿过所述第一外部壳体和所述第二外部壳体。
7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于，所述雨模拟装置主要包括水箱、水泵、进水管线、若干喷嘴，所述水箱设置在所述第二外部壳体之内，所述水泵和进水管线设置在所述第二外部壳体和所述第一外部壳体空间的外部，所述喷嘴设置在所述第一外部壳体的上方，且位于所述第一外部壳体的空间之内。
8.根据权利要求7所述的试验装置，其特征在于，所述第二外部壳体之内设有容置体，所述水箱设置在所述容置体之上；所述旋转轴分别穿过所述第二外部壳体的上盖和所述容置体的底面并通过两轴承与所述第二外部壳体的上盖和所述容置体的底面进行枢转连接。
9.根据权利要求7所述的试验装置，其特征在于，所述第一外部壳体的底面设有泄水孔，所述泄水孔之下接有泄水管，所述泄水管连通至所述水箱。
10.根据权利要求7所述的试验装置，其特征在于，所述进水管线上设有压力调节器和流量计；所述喷嘴的入射角度能够改变。
11.根据权利要求7所述的试验装置，其特征在于，所述喷嘴设置多个，并且多个所述喷嘴为等距离安装；所述雨模拟装置还包括多个雨量计，所述雨量计安置于所述喷嘴下方。
12.根据权利要求11所述的试验装置，其特征在于，所述喷嘴有四个；所述雨量计为四个，四个所述雨量计立式安装，所述四个雨量计以大约90度分开放置，并且使每个量杯的顶部高于所述双臂平衡叶片的叶片2.5～3cm。
13.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括框架结构，所述雨模拟装置和所述旋转臂均位于所述框架结构内。
14.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括：控制机柜、摄影机和灯光、降雨控制子系统、电脑监视器。
15.一种动态模拟飞机迎风面及旋翼受环境侵蚀的试验方法，其特征在于，使用权利要求1-14中任一所述的试验装置，并包括如下步骤：
在安装在旋转臂上之前称量样品；为了保持旋转臂平衡，分别安装在旋转臂的两个叶片上的两组试样必须具有相同的重量±3克；
试验时，将迎风面样品或者旋翼样品固定在旋转臂的两端叶片的试样放置部；调节好水流的角度和降雨率，以及旋转臂的速度。
16.根据权利要求15所述的试验方法，其特征在于，样品的重量通过将粘合剂胶带粘到金属薄片的内侧来调节。
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2019
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