CN115628876B - 一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置 - Google Patents

Abstract

一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置，属于风洞结冰试验技术领域。本发明解决了现有结冰粘附力测量装置存在的测试结果不准确，测量系统不稳定，重复精度差的问题。本发明的外壳套装在结冰试验件和试验件载体上，结冰试验件固定于试验件载体上，试验件载体的后端与缸体固定连接，缸体的后端密封安装有端盖，缸体的侧壁上开设有排气孔，缸体的腔内设有活塞，活塞上设有密封圈，活塞前端固定在活塞固定座上，活塞内部设有气流通道，外壳和活塞固定座固定于支架上。本发明的测量装置性能稳定，测量精度高，重复精度好，结构及实现简便，用于冰风洞试验结冰与基底材料的法向和切向粘附力测量。

Description

一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置

技术领域

本发明涉及一种结冰粘附力测量装置，更具体地涉及一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置，属于风洞结冰试验技术领域。

背景技术

结冰风洞和普通风洞的试验原理相同，区别仅在于结冰风洞中为极度湿冷的环境。实践表明，飞机结冰是飞机安全飞行的致命弱点之一，在世界军、民用飞机失事案例中占60％以上。

航空发动机进气系统结冰受到环境温度、风速、云雾特性及材料表面特性的影响。冰风洞能够精确模拟环境温度、风速、云雾特性，开展综合多种因素的粘附力测量试验，为结构件设计及防冰材料的研发提供指导。

现有的结冰粘附力测量装置，通常采用手轮驱动或者电机驱动，通过传感贴片和测试探头进行粘附力测量试验，由于测试环境的不同，导致测试结果存在一定的偏差，测量系统不稳定，重复精度也相对较差。

发明内容

鉴于上述事实，本发明的目的是为了解决现有结冰粘附力测量装置存在的测试结果不准确，测量系统不稳定，重复精度差的问题，进而提供了一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置。本发明能够用于冰风洞试验结冰与基底材料的法向和切向粘附力测量，结构及实现简单，测量精度高，装置稳定性高，重复精度较高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置，包括结冰试验件、试验件载体、缸体、密封垫、端盖、活塞固定座、快速接头、活塞、密封圈、外壳和支架；

所述外壳套装在结冰试验件和试验件载体上，所述结冰试验件固定于试验件载体上，所述试验件载体的后端与缸体固定连接，所述缸体的后端安装有端盖，且端盖与缸体之间通过密封垫进行密封；

所述缸体的侧壁上开设有排气孔，缸体的腔内设有活塞，所述活塞上设有密封圈，用于与缸体进行密封；所述活塞前端固定在活塞固定座上；所述活塞内部设有气流通道，气流通道的进口端安装有快速接头，气流通道的出口端正对端盖的内端面设置；

所述外壳和活塞固定座固定于支架上。

进一步地：所述外壳包括固定外壳和可拆卸外壳，固定外壳为敞口结构，可拆卸外壳盖装在固定外壳的敞口处，固定外壳固定于支架上。如此设置，根据不同测量需求进行拆装可拆卸外壳，满足测量需求。

进一步地：所述外壳前端带有倒角。如此设置，避免结冰过程中结冰试验件形成凹坑使得测量数据不准确。

进一步地：所述结冰试验件通过燕尾槽、螺钉和销钉安装在试验件载体上。如此设置，需测量不同基底材料冰粘附力时，更换结冰试验件即可，采用燕尾槽、螺钉和销钉连接，能够保证结冰试验件的准确定位。

进一步地：所述快速接头通过压缩空气管路与空气压缩机连接，压缩空气管路上设置有压力传感器和供气阀门。

进一步地：所述外壳的后端连接有保护罩，缸体位于保护罩内。如此设置，防止测量装置在试验过程中结冰，影响测量结果或试验无法进行。

进一步地：所述支架为倒置的L型支架；进行粘附力法向测量时，外壳和活塞固定座固定于支架的水平梁上，进行粘附力切向测量时，外壳和活塞固定座固定于支架的竖直梁上。在进行粘附力测量时，根据要测量的粘附力方向确定粘附力测量装置的安装方向。

本发明具有以下有益效果：

本发明中压缩空气由快速接头通过活塞内的气流通道进入缸体的腔内，当缸体的腔内的压力超过密封圈与缸体的摩擦力时，缸体带动结冰试验件在外壳内移动，在活塞到达缸体的排气孔位置前，缸体的排气孔不排气，测量装置保持密封，腔内的压力持续上升；在活塞到达缸体排气孔位置后，缸体排气孔排气，腔内压力陡降，所测得压力峰值为测量装置初始摩擦力，根据上述原理，结冰时，所测的压力峰值为测量装置初始摩擦力与粘附力之和；本发明的测量装置性能稳定，测量精度高，重复精度好，结构及实现简便。

附图说明

图1是本发明实施例中一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置的剖视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的仰视图；

图4是本发明实施例中一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置进行粘附力法向测量时的示意图；

图5是图4的右视图；

图6是本发明实施例中一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置进行粘附力切向测量时的示意图；

图7是图6的右视图。

图中，1-支架；2-固定外壳；3-可拆卸外壳；4-结冰试验件；5-保护罩；6-快速接头；7-活塞固定座；8-试验件载体；9-活塞；10-缸体；11-密封圈；12-密封垫；13-端盖。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

下面根据附图详细阐述本发明优选的实施例。

实施例：

参照图1-图7所示，本实施例提供一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置，包括结冰试验件4、试验件载体8、缸体10、密封垫12、端盖13、活塞固定座7、快速接头6、活塞9、密封圈11、外壳、支架1、压缩空气管路、空气压缩机、压力传感器和供气阀门；所述外壳前端带有倒角，避免结冰过程中结冰试验件4形成凹坑，使得测量数据不准确；所述外壳包括固定外壳2和可拆卸外壳3，固定外壳2为敞口结构，可拆卸外壳3盖装在固定外壳2的敞口处，根据不同测量需求进行拆装可拆卸外壳，满足法向和切向测量的需求；所述外壳套装在结冰试验件4和试验件载体8上，为了满足测量不同基底材料冰粘附力的需求以及保证结冰试验件的准确定位，本实施例中结冰试验件4通过燕尾槽、螺钉和销钉安装在试验件载体8上；所述试验件载体8的后端与缸体10固定连接，所述缸体10的后端安装有端盖13，且端盖13与缸体10之间通过密封垫12进行密封；所述缸体10的侧壁上开设有排气孔，缸体10的腔内设有活塞9，活塞9上设有密封圈11，所述密封圈11为O型密封圈，用于与缸体进行密封；所述活塞9前端固定在活塞固定座7上；所述活塞9内部设有气流通道，气流通道的进口端安装有快速接头6，气流通道的出口端正对端盖13的内端面设置；所述外壳和活塞固定座7固定于支架1上；所述快速接头6通过压缩空气管路与空气压缩机连接，压缩空气管路上设置有压力传感器和供气阀门。

更具体地：所述外壳的后端连接有保护罩5，缸体10位于保护罩5内。如此设置，防止测量装置在试验过程中结冰，影响测量结果或试验无法进行。

更具体地：所述支架1为倒置的L型支架；进行粘附力法向测量时，外壳和活塞固定座7固定于支架1的水平梁上，进行粘附力切向测量时，外壳和活塞固定座7固定于支架1的竖直梁上。在进行粘附力测量时，根据要测量的粘附力方向确定粘附力测量装置的安装方向。

本实施例提供一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置的测量过程包括：

首先，将压缩空气通过压缩空气管路连接至快速接头6，打开供气阀门，缸体10、密封垫12、端盖13、活塞9、密封圈11、活塞固定座7和快速接头6共同构成的驱动部，驱动缸体10运动，进而带动结冰试验件4在外壳内移动，在活塞9与缸体10之间保持密封，缸体10的排气孔不排气，测量装置保持密封；

然后，获得初始摩擦力，具体为继续供气，结冰试验件4在固定外壳2内继续移动，活塞9与缸体10之间密封失效，缸体10的排气孔排气，所得压缩空气压力峰值为初始摩擦力；测量完成后，手动将测量装置复位；

然后，再将压缩空气通过压缩空气管路连接至快速接头6，待结冰试验件4结冰后，打开供气阀门，驱动部驱动缸体10运动，带动结冰试验件4在固定外壳2内移动，活塞9与缸体10之间密封失效，缸体10的排气孔排气，所得压缩空气压力峰值为结冰粘附力；测量完成后对测量装置进行除冰并手动复位，进行下一次试验；

最后，将结冰粘附力减去初始摩擦力后，得到冰风洞结冰与基底材料的粘附力。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施例。

Claims (6)

1.一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置，其特征在于：包括结冰试验件(4)、试验件载体(8)、缸体(10)、密封垫(12)、端盖(13)、活塞固定座(7)、快速接头(6)、活塞(9)、密封圈(11)、外壳和支架(1)；

所述外壳套装在结冰试验件(4)和试验件载体(8)上，所述结冰试验件(4)固定于试验件载体(8)上，所述试验件载体(8)的后端与缸体(10)固定连接，所述缸体(10)的后端安装有端盖(13)，且端盖(13)与缸体(10)之间通过密封垫(12)进行密封；

所述缸体(10)的侧壁上开设有排气孔，缸体(10)的腔内设有活塞(9)，所述活塞(9)上设有密封圈(11)，用于与缸体(10)进行密封；所述活塞(9)前端固定在活塞固定座(7)上；所述活塞(9)内部设有气流通道，气流通道的进口端安装有快速接头(6)，气流通道的出口端正对端盖(13)的内端面设置；

所述外壳和活塞固定座(7)固定于支架(1)上；

所述快速接头(6)通过压缩空气管路与空气压缩机连接，压缩空气管路上设置有压力传感器和供气阀门；

所述缸体(10)带动结冰试验件(4)在外壳内移动，在活塞(9)到达缸体(10)的排气孔位置前，缸体(10)的排气孔不排气，测量装置保持密封，腔内的压力持续上升；在活塞(9)到达缸体(10)的排气孔位置后，缸体(10)的排气孔排气，腔内压力陡降，所测得压力峰值为测量装置初始摩擦力，根据上述原理，结冰时，所测的压力峰值为测量装置初始摩擦力与粘附力之和；粘附力测量过程为：

首先，将压缩空气通过压缩空气管路连接至快速接头(6)，打开供气阀门，驱动缸体(10)运动，进而带动结冰试验件(4)在外壳内移动，在活塞(9)与缸体(10)之间保持密封，缸体(10)的排气孔不排气，测量装置保持密封；

然后，获得初始摩擦力，具体为继续供气，结冰试验件(4)在外壳内继续移动，活塞(9)与缸体(10)之间密封失效，缸体(10)的排气孔排气，所得压缩空气压力峰值为初始摩擦力；测量完成后，手动将测量装置复位；

然后，再将压缩空气通过压缩空气管路连接至快速接头(6)，待结冰试验件(4)结冰后，打开供气阀门，驱动缸体(10)运动，带动结冰试验件(4)在外壳内移动，活塞(9)与缸体(10)之间密封失效，缸体(10)的排气孔排气，所得压缩空气压力峰值为结冰粘附力；测量完成后对测量装置进行除冰并手动复位，进行下一次试验；

最后，将结冰粘附力减去初始摩擦力后，得到冰风洞结冰与基底材料的粘附力。

2.根据权利要求1所述的一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置，其特征在于：所述外壳包括固定外壳(2)和可拆卸外壳(3)，固定外壳(2)为敞口结构，可拆卸外壳(3)盖装在固定外壳(2)的敞口处，固定外壳(2)固定于支架(1)上。

3.根据权利要求1所述的一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置，其特征在于：所述外壳前端带有倒角。

4.根据权利要求1所述的一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置，其特征在于：所述结冰试验件(4)通过燕尾槽、螺钉和销钉安装在试验件载体(8)上。

5.根据权利要求1所述的一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置，其特征在于：所述外壳的后端连接有保护罩(5)，缸体(10)位于保护罩(5)内。

6.根据权利要求5所述的一种冰风洞结冰与基底材料的粘附力测量装置，其特征在于：所述支架(1)为倒置的L型支架；进行粘附力法向测量时，外壳和活塞固定座(7)固定于支架(1)的水平梁上，进行粘附力切向测量时，外壳和活塞固定座(7)固定于支架(1)的竖直梁上。

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