CN110816875B - 一种直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构及集成方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于直升机旋翼桨叶防/除冰性能验证技术领域，涉及直升机旋翼桨叶在干空气条件下的模拟桨叶前缘附近产生透明冰后旋翼桨叶性能验证技术，具体为一种直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构及集成方法；本发明的模拟霜冰的材料为高强颗粒材料，常温下的莫氏硬度大于6级，颗粒直径在0.5mm～2.5mm之间呈正态分布；平均值为1.5mm，算术标准差为1；可以选用石英砂或金刚砂；通过本发明，可以实现模拟霜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霜冰结构及集成方法

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，涉及直升机旋翼桨叶在干空气条件下的模拟桨叶前缘附近产生透明冰后旋翼桨叶性能验证技术。具体涉及一种直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构及集成方法。

背景技术

在自然结冰条件下，能够执行任务是一项重要的使用要求。

为了实现直升机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。

对于霜冰冰型的技术要求主要有：

模拟霜冰冰型的颗粒尺寸要符合实际自然结冰条件下真实的结冰颗粒尺寸。

模拟霜冰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—霜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霜冰状态，以便对结冰桨叶进行性能测试试验的的技术问题。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，提供一种直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构，所述模拟霜冰的材料为高强颗粒材料，所述高强颗粒材料常温下的莫氏硬度大于6级，颗粒直径在0.1mm～2.5mm之间分布。

所述高强颗粒材料颗粒直径呈正态分布，平均值为1.5mm，算术标准差为1。

优选地，所述高强颗粒材料颗粒直径在0.5mm～2.5mm之间。

另一方面，提供一种直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构的集成方法，采用所述高强颗粒材料，将不同直径的高强颗粒材料混合；后通过胶粘剂与桨叶表面粘接。

所述粘接包含以下步骤：

先在桨叶表面模拟霜冰区域涂敷胶粘剂，所述胶粘剂厚度不大于0.1mm；

后将混合的高强颗粒材料均匀散布于涂胶表面；

固化后形成模拟霜冰结构。

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。

优选地，所述高强颗粒材料为石英砂。

优选地，所述高强颗粒材料为金刚砂

所述桨叶表面模拟霜冰区域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。

本发明的有益效果是：本发明中，旋翼桨叶前缘模拟霜冰颗粒分布规律与真实情况下的直升机旋翼桨叶前缘凝结的霜冰最接近。所选择的模拟霜冰颗粒在高速流场中的能够保持外形的稳定。所采用的环氧树脂结构胶能够承受模拟霜冰颗粒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为一段直升机旋翼桨叶装配模拟霜冰冰型后的示意图。

其中，1为一段直升机旋翼桨叶，2为结构胶粘剂，3为模拟霜冰颗粒。

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，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霜冰区域，以及霜冰颗粒的面积占比。依据得到的霜冰颗粒的面积占比计算需要的模拟霜冰颗粒数量，并按照模拟霜冰颗粒数量按正态分布计算各直径模拟霜冰颗粒数量。模拟霜冰的材料为高强颗粒材料，高强颗粒材料常温下的莫氏硬度大于6级，常温下的压缩强度不小于2.5MPa，剪切强度不小于1.5MPa，颗粒直径在0.1mm～2.5mm之间呈正态分布，平均值为1.5mm，算术标准差为1。莫氏硬度是表示矿物硬度的一种标准，又称摩氏或莫斯硬度，分为10个硬度等级，是在矿物学或宝石学中使用的标准。

具体实施方式如下：

通过冰封洞试验得到霜冰的前缘上、下翼面分布约为50mm，霜冰颗粒占面积比约为5％，在桨叶展向1m长的范围内，则需要分布的霜冰颗粒面积为2500mm²，按照正态分布规律这算为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm5种直径的模拟霜冰颗粒，其颗粒数量占比分别为：15.87％、14.98％、38.3％、14.98％、15.87％，其颗粒数量分别为：253个、119个、203个、60个、51个。

选用轻质高强石英砂颗粒材料作为模拟霜冰颗粒，按照模拟霜冰颗粒直径配比准备好模拟霜冰颗粒并混合在一起。

选用J-114环氧树脂结构胶作为模拟冰型—霜冰冰型与桨叶粘接的结构胶粘剂，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)。将准备好的高强石英砂颗粒(3)均匀的洒在桨叶前缘粘接表面的结构胶上，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 (7)

1.一种直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构，其特征在于：所述模拟霜冰的材料为高强颗粒材料，所述高强颗粒材料常温下的莫氏硬度大于6级，颗粒直径在0.1mm~2.5mm之间呈正态分布，平均值为1.5mm，算术标准差为1；

所述高强颗粒材料为石英砂或金刚砂；

所述的直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构集成方式为：

先在桨叶表面模拟霜冰区域涂敷胶粘剂，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；

后将混合的高强颗粒材料均匀散布于涂胶表面；

固化后形成模拟霜冰结构。

2.根据权利要求1所述的直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构，其特征在于：所述高强颗粒材料颗粒直径在0.5mm~2.5mm之间。

3.一种直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构的集成方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构，先将不同直径的高强颗粒材料混合；后通过胶粘剂与桨叶表面粘接。

4.根据权利要求3所述的直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构的集成方法，其特征在于：所述粘接包含以下步骤：

先在桨叶表面模拟霜冰区域涂敷胶粘剂，所述胶粘剂厚度不大于0.1mm；

后将混合的高强颗粒材料均匀散布于涂胶表面；

固化后形成模拟霜冰结构。

5.根据权利要求4所述的直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构的集成方法，其特征在于：所述胶粘剂为环氧树脂类结构胶粘剂。

6.根据权利要求4所述的直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构的集成方法，其特征在于：所述胶粘剂在常温下固化后剪切强度大于15MPa。

7.根据权利要求4所述的直升机旋翼桨叶模拟霜冰结构的集成方法，其特征在于：所述桨叶表面模拟霜冰区域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。