CN110758767B - 一种直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构及集成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直升机旋翼桨叶防/除冰性能验证技术领域，涉及一种直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构及集成方法。所述桨叶模拟透明冰结构的材料为轻质高强泡沫材料；常温下的材料压缩强度不小于2.5MPa，剪切强度不小于1.5MPa，泡沫密度在70kg/m3～200kg/m3之间；将轻质高强泡沫材料成型所述桨叶模拟透明冰结构；内表面形状与桨叶表面模拟透明冰区域形状一致；外表面形状通过特定结冰条件下流场分析计算或者从冰型的冰风洞试验中得到；将所述桨叶模拟透明冰结构粘接到桨叶表面模拟透明冰区域；通过本发明的技术，可以实现模拟冰型—透明冰冰型结构的选材制造，并与直升机旋翼桨叶集成，并用于直升机旋翼桨叶干空气条件下的模拟结冰飞行试验考核。

Description

一种直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构及集成方法
技术领域
本发明属于直升机旋翼桨叶防/除冰性能验证技术领域，涉及一种直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构及集成方法。
背景技术
直升机作为一种可以悬停起降的飞行器在社会生活中有广泛的用途。在直升机的实际使用过程中，会遇到各种自然环境和气象条件。其中，在自然结冰条件下，直升机能够执行任务是一项重要的使用要求。
为了实现在自然结冰条件下执行任务，直升机必须加装旋翼防/除冰系统、发动机进气道防冰系统、风挡玻璃防冰系统等。加装防/除冰系统以后，直升机在自然结冰条件下，就能够像在干空气条件下一样执行任务。
干空气：这里是指相对湿度小于100％的空气，并且不含可以形成降水或可以形成结冰的过冷水的云团。
结冰对于直升机来说是有害的，当直升机进入自然结冰条件大气环境，出现意外结冰，就会降低直升机的使用性能。直升机旋翼桨叶在自然结冰条件下可能会出现以下三种类型的结冰：
透明冰：空气中液态过冷水含量高，结冰温度为+2℃～-10℃，在桨叶的前缘附近容易形成带“角”的透明冰。
霜冰：结冰温度为-15℃～-20℃，空气中液态过冷水含量低，水滴直径小，在桨叶的前缘附近形成细小颗粒装的霜冰。
混合冰：结冰温度为-10℃～-15℃，在桨叶的前缘附近形成霜冰与透明冰的混合体。
为了掌握直升机旋翼桨叶结冰后对其性能的影响，可以在冰风洞中进行直升机旋翼桨叶结冰性能试验，也可以用模拟的冰型装配到直升机的桨叶前缘后，在干空气中进行飞行试验测试获得。
如果选择在干空气中进行飞行试验测试直升机旋翼桨叶性能，则必须有合适的冰型装配在桨叶前缘附近的翼型表面。
对于模拟冰型的技术要求主要有：
模拟冰型重量要轻并具有足够的强度，能够承受直升机旋翼桨叶飞行中的气动载荷，以及桨叶旋转过程中产生的离心力。
模拟冰型在桨叶上集成使用的结构胶粘剂要有足够的强度，能够承受模拟冰型传递到桨叶表面的离心力。
发明内容
本发明的目的是：提出一种更有效的直升机旋翼桨叶模拟冰型—透明冰冰型结构及集成方法。以解决对桨叶前缘附近表面进行补加工，模拟直升机旋翼桨叶前缘表面凝结透明冰状态，以便对结冰桨叶进行性能测试试验的技术问题。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一方面，本发明提供一种直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构，所述桨叶模拟透明冰结构的材料为轻质高强泡沫材料；常温下的材料压缩强度不小于2.5MPa，剪切强度不小于1.5MPa，泡沫密度在70kg/m3～200kg/m3之间。
优选地，所述轻质高强泡沫材料密度为110kg/m3。
另一方面，本发明提供一种直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构的集成方法，步骤如下：
步骤一、将轻质高强泡沫材料成型所述桨叶模拟透明冰结构；内表面形状与桨叶表面模拟透明冰区域形状一致；外表面形状通过特定结冰条件下流场分析计算或者从冰型的冰风洞试验中得到；
步骤二、将所述桨叶模拟透明冰结构粘接到桨叶表面模拟透明冰区域。
步骤一中所述桨叶模拟透明冰结构通过机加成型。
可以为分段机加组合为一体，也可以机加一体成型。
步骤二中所述粘接方式如下：
桨叶表面模拟透明冰区域涂敷胶粘剂；胶粘剂厚度不大于0.1mm；
将所述桨叶模拟透明冰结构粘接到桨叶表面模拟透明冰区域；
待粘接固化后，在所述桨叶模拟透明冰结构外表面再涂敷胶粘剂。
优选地，所述胶粘剂为环氧树脂类结构胶粘剂；
优选地，所述胶粘剂在常温下固化后剪切强度大于15MPa，能够承受模拟透明冰旋转状态下产生的离心力，并有较大的裕度。
优选地，所述轻质高强泡沫材料为PMI泡沫。
本发明的有益效果是：本发明中，旋翼桨叶前缘模拟透明冰结构容易加工成型，并与真实情况下的直升机旋翼桨叶前缘凝结的透明冰最接近。所选择的模拟透明冰材料在高速流场中的有足够的强度保持外形的稳定，并且旋转产生的离心力最小最优。所采用的环氧树脂结构胶能够承受模拟透明冰在旋转状态下产生的离心力，并有较大的裕度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为完成模拟透明冰冰型装配后的一段直升机旋翼桨叶示意图。
图2为未装配前的模拟透明冰冰型、胶以及一段直升机旋翼桨叶的位置关系图
图3为图2的截面示意图；
其中1为一段直升机旋翼桨叶，2为结构胶粘剂，3为模拟透明冰冰型，4为结构胶粘剂。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。参见图1、2、3为本发明的直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构及集成示意。具体实施方式如下：
根据特定结冰条件下流场分析计算或者从冰型的冰风洞试验中得到模拟透明冰冰型，以及透明冰结冰区域。
选取一种低密度高强度的ACCPMI-110泡沫作为模拟透明冰结构的制作材料，其常温下的材料压缩强度大于2.5MPa，剪切强度大于1.5MPa，泡沫密度为110kg/m3。按照之前得到的透明冰冰型数模加工模拟冰型实体。
选用J-114环氧树脂结构胶作为模拟透明冰与桨叶粘接的结构胶粘剂，J-114环氧树脂高强度结构胶可以在常温下固化，常温下剪切强度大于15MPa。
选用J-114环氧树脂结构胶作为模拟透明冰表面光滑处理的结构胶粘剂。
将直升机桨叶1前缘表面需要粘接模拟冰型的位置清理干净，然后在桨叶粘接区域表面均匀涂覆J-114环氧树脂结构胶2。将准备好的模拟透明冰实体3粘接在桨叶前缘相应的位置，按J-114环氧树脂结构胶固化工艺在常温下固化成型。待模拟透明冰实体与桨叶表面之间的J-114环氧树脂结构胶完全固化后，在模拟透明冰表面涂一层J-114环氧树脂结构胶4，按J-114环氧树脂结构胶固化工艺在常温下固化成型。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构，其特征在于：所述桨叶模拟透明冰结构的材料为轻质高强泡沫材料；常温下的材料压缩强度不小于2.5MPa，剪切强度不小于1.5MPa，泡沫密度在70kg/m3~200kg/m3之间；
所述直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构通过以下方式集成：
步骤一、将轻质高强泡沫材料成型所述桨叶模拟透明冰结构；内表面形状与桨叶表面模拟透明冰区域形状一致；外表面形状通过特定结冰条件下流场分析计算或者从冰型的冰风洞试验中得到；
步骤二、将所述桨叶模拟透明冰结构粘接到桨叶表面模拟透明冰区域：
桨叶表面模拟透明冰区域涂敷胶粘剂；所述胶粘剂厚度不大于0.1mm；所述胶粘剂在常温下固化后剪切强度大于15MPa；
将所述桨叶模拟透明冰结构粘接到桨叶表面模拟透明冰区域；
待粘接固化后，在所述桨叶模拟透明冰结构外表面再涂敷胶粘剂。
2.根据权利要求1所述的直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构，其特征在于：所述轻质高强泡沫材料为PMI泡沫。
3.一种直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构的集成方法，其特征在于：所述的集成方法采用如权利要求1所述的直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构，步骤如下：
步骤一、将轻质高强泡沫材料成型所述桨叶模拟透明冰结构；内表面形状与桨叶表面模拟透明冰区域形状一致；外表面形状通过特定结冰条件下流场分析计算或者从冰型的冰风洞试验中得到；
步骤二、将所述桨叶模拟透明冰结构粘接到桨叶表面模拟透明冰区域。
4.根据权利要求3所述的直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构的集成方法，其特征在于：步骤一中所述桨叶模拟透明冰结构通过机加成型。
5.根据权利要求4所述的直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构的集成方法，其特征在于：所述机加成型方式为分段机加组合为一体或一体机加成型。
6.根据权利要求3所述的直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构的集成方法，其特征在于：所述胶粘剂为环氧树脂类结构胶粘剂。
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