CN117806114A - 一种冰形显影剂及其制备方法和应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机结冰冰形测量技术领域，尤其是涉及一种冰形显影剂及其制备方法和应用方法，冰形显影剂包括质量比为1:4~6的二氧化钛和乙酸乙酯，所述二氧化钛的粒径为50nm~200nm。本发明一方面没有采用粘结剂来增强二氧化钛的附着能力，避免了因为粘结剂造成喷涂过程中堵塞的技术问题发生；另一方面，基于二氧化钛粉末和乙酸乙酯溶液特定配比，既能吸收纳米二氧化钛和冰形表面的热量，促使纳米二氧化钛和冰形表面之间微量水冷凝成微冰，由微冰让纳米二氧化钛克服自重附着到冰形表面上，同时形成的微冰又不会破坏冰形表面外轮廓，增加冰形表面外轮廓保持时长，为冰形三维结构测量提供充裕的工作时间。

Description

一种冰形显影剂及其制备方法和应用方法

技术领域

本发明涉及飞机结冰冰形测量技术领域，尤其是涉及一种冰形显影剂及其制备方法和应用方法。

背景技术

飞机在结冰气象条件下飞行时，迎风部件会形成结冰。飞机结冰会使飞机重量增大，同时会破坏飞机的气动外形，对安全飞行构成严重威胁，为了提高飞行安全，需要探索飞机结冰机理。结冰风洞试验是通过在地面人工制造结冰云雾环境，从而进行飞机及其部件结冰研究，是开展飞机结冰研究及飞机防除冰系统验证的重要手段，在结冰风洞试验中，积冰外形飞机在结冰气象条件下飞行时，迎风部件会形成结冰。飞机结冰会使飞机重量增大，同时会破坏飞机的气动外形，对安全飞行构成严重威胁，为了提高飞行安全，需要探索飞机结冰机理。结冰风洞试验是通过在地面人工制造结冰云雾环境，从而进行飞机及其部件结冰研究，是开展飞机结冰研究及飞机防除冰系统验证的重要手段，在结冰风洞试验中，积冰外形的几何轮廓是最重要的结冰试验结果，是临界冰形选取、防除冰系统性能评估、冰模研制等试验目标的关键参数，结冰冰形的精确测量是开展结冰风洞试验的关键技术之一。

激光三维扫描是一种基于光学的非接触式测量冰形三维结构的方法，不会破坏冰形的原始结构，且测量精度高，能够测量出积冰的三维结构，是结冰测量的重要手段，但当激光光束照射到冰形表面，特别是明冰表面时，由于积冰对激光光束的透射作用，激光中心线难以确定，会严重影响冰形测量精度无法满足三维扫描要求。

为解决冰的透射影响，需采用冰形显影剂来增强积冰对激光光束的反射作用，实现结冰风洞试验中激光三维扫描技术对结冰冰形三维结构的精确测量，但申请人在实现本发明的过程中发现，现有的冰形显影剂喷涂不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种冰形显影剂及其制备方法和应用方法，来解决现有技术中存在的上述技术问题，主要包括以下三个方面：

本发明第一方面提供了一种冰形显影剂，冰形显影剂包括质量比为1:4~6的二氧化钛和乙酸乙酯，所述二氧化钛的粒径为50nm~200nm。

进一步地，所述二氧化钛的平均粒径为100nm。

进一步地，所述乙酸乙酯的质量浓度≥99.5%，余量包含水、乙醇和乙酸。

进一步地，所述二氧化钛的粒径为80nm~120nm。

进一步地，所述二氧化钛和乙酸乙酯的质量比为1:5。

本发明第二方面提供了一种上述冰形显影剂的制备方法，包括以下步骤：将二氧化钛和乙酸乙酯搅拌混合均匀。

进一步地，包括以下步骤：常温下将乙酸乙酯加入二氧化钛中，搅拌为悬浊液，制得冰形显影剂。

本发明第三方面提供了一种上述冰形显影剂的应用方法，将冰形显影剂应用于结冰风洞试验的冰形结构三维测量。

进一步地，包括以下步骤：将冰形显影剂均匀喷洒到结冰风洞试验中的冰形表面，然后使用三维激光扫描仪对冰形三维结构进行测量。

进一步地，包括以下步骤：先将冰形显影剂预冷至-10℃~-3℃，然后将冰形显影剂均匀喷洒到结冰风洞试验中的冰形表面。

本发明相对于现有技术至少具有如下技术效果：

本发明冰形显影剂没有采用粘结剂来增强二氧化钛的附着能力，避免了因为粘结剂造成喷涂过程中堵塞的技术问题发生；同时，基于二氧化钛粉末和乙酸乙酯溶液特定配比，既能吸收纳米二氧化钛和冰形表面的热量，促使纳米二氧化钛和冰形表面之间微量水冷凝成微冰，由微冰让纳米二氧化钛克服自重附着到冰形表面上，同时形成的微冰又不会破坏冰形表面外轮廓，增加冰形表面外轮廓保持时长，为冰形三维结构测量提供充裕的工作时间；且使用乙酸乙酯溶液无毒环保，不会对人体及环境带来危害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明结冰风洞试验的冰形（喷涂冰形显影剂之前）的状态图；

图2是本发明结冰风洞试验的冰形（喷涂冰形显影剂之后）的状态图；

图3是本发明对冰形进行激光三维扫描后获得的冰形效果图。

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

目前，结冰风洞中获取冰形几何外形的方法主要是传统的“热刀法”，该方法操作简单，易于实现，但在使用热刀切割冰形时，会融化切缝周围的积冰，破坏冰形的原始结构，绘制冰形轨迹线时，由于铅笔角度、位置等因素也会对冰形的测量结果带入误差。激光三维扫描是一种基于光学的非接触式测量冰形三维结构的方法，不会破坏冰形的原始结构，且测量精度高，能够测量出积冰的三维结构，是未来结冰测量的重要手段，但当激光光束照射到冰形表面，特别是明冰表面时，由于积冰对激光光束的透射作用，激光中心线难以确定，会严重影响冰形测量精度，无法满足三维扫描要求。

为解决冰的透射影响，需采用冰形显影剂来增强积冰对激光光束的反射作用，实现结冰风洞试验中激光三维扫描技术对结冰冰形三维结构的精确测量，但现有的冰面显影剂，如中国专利公开号CN109141288A公开的一种用于飞机结冰冰形三维扫描的显影剂及其制备方法，其原料包含二氯甲烷、二氧化钛和PMMA，在冰面附着过程中，二氯甲烷挥发，并由粘结剂PMMA将二氧化钛粘结到冰面上，实现二氧化钛粘结到冰面上，辅助完成三维扫描，然而，由于PMMA粘性强，在喷涂过程中，易粘结团聚到喷嘴内壁上，造成喷嘴堵塞，若是不采用PMMA，二氧化钛附到冰面的效果将大打折扣，无法实现预期的三维扫描工作，影响飞机结冰冰形测量研究，且二氯甲烷具有毒性，会对人体及周围环境带来危害。为此，本申请提供一种能够兼顾显影效果和喷涂便捷性的冰形显影剂及其制备方法和应用方法，具体如下述实施例。

实施例1：

一种冰形显影剂的制备方法，包括以下步骤：将50g乙酸乙酯在常温下加入到10g的二氧化钛中，所述二氧化钛的平均粒径为100nm，乙酸乙酯的质量浓度≥99.5%，乙酸乙酯中包含少量水、乙醇和乙酸；使用搅拌机常温下将二氧化钛和乙酸乙酯搅拌为悬浊液，制得冰形显影剂。

实施例2：

一种冰形显影剂的制备方法，包括以下步骤：将40g乙酸乙酯在常温下加入到10g的二氧化钛中，所述二氧化钛的平均粒径为100nm，乙酸乙酯的质量浓度≥99.5%；使用搅拌机常温下将二氧化钛和乙酸乙酯搅拌为悬浊液，制得冰形显影剂。

实施例3：

一种冰形显影剂的制备方法，包括以下步骤：将55g乙酸乙酯在常温下加入到10g的二氧化钛中，所述二氧化钛的平均粒径为100nm，乙酸乙酯的质量浓度≥99.5%；使用搅拌机常温下将二氧化钛和乙酸乙酯搅拌为悬浊液，制得冰形显影剂。

实施例4：

一种冰形显影剂的制备方法，包括以下步骤：将60g乙酸乙酯在常温下加入到10g的二氧化钛中，所述二氧化钛的粒径为50nm~200nm，乙酸乙酯的质量浓度≥99.5%；使用搅拌机常温下将二氧化钛和乙酸乙酯搅拌为悬浊液，制得冰形显影剂。

实施例5：

一种冰形显影剂的制备方法，包括以下步骤：将51g乙酸乙酯在常温下加入到12g的二氧化钛中，所述二氧化钛的粒径为50nm~200nm，乙酸乙酯的质量浓度≥99.5%；使用搅拌机常温下将二氧化钛和乙酸乙酯搅拌为悬浊液，制得冰形显影剂。

实施例6：

一种冰形显影剂的制备方法，包括以下步骤：将55g乙酸乙酯在常温下加入到10g的二氧化钛中，所述二氧化钛的粒径为80nm~120nm，乙酸乙酯的质量浓度≥99.5%；使用搅拌机常温下将二氧化钛和乙酸乙酯搅拌为悬浊液，制得冰形显影剂。

试验例：

将实施例1制得的冰形显影剂用于结冰风洞试验的冰形三维结构测量，结冰风洞试验的冰形在喷涂冰形显影剂之前的状态如图1所示；包括以下步骤：先将冰形显影剂放入冰箱或结冰风洞驻室中预冷至-10℃~-3℃，防止冰形显影剂喷洒到冰形表面时造成冰形融化，本试验例中将冰形显影剂预冷至-5℃，然后将冰形显影剂通过电动喷壶均匀喷洒到结冰风洞试验中的冰形表面上，喷洒后冰形的状态如图2所示；然后进行冰形激光三维扫描，扫描结果如图3所示。

由于冰形显影剂没有采用粘结剂来增强二氧化钛的附着能力，避免现有冰形显影剂因为粘结剂造成喷涂过程中堵塞的技术问题发生，同时由于原料采用的是纳米级的二氧化钛粉末和乙酸乙酯溶液，二氧化钛具有粒径小、无毒、不透明性、以及适宜激光三维扫描的白度和光亮度的特性，乙酸乙酯溶液为无色液体（相较于现有技术中采用的二氯甲烷，二氯甲烷具有毒性，且具有刺激性气味，长期接触会对人体造成伤害，甚至致癌，对环境有危害，本申请采用的乙酸乙酯更安全环保，且不会腐蚀喷洒设备），能够促使纳米二氧化钛充分分散，进一步提升冰形显影剂的喷涂性能；另一方面，冰形表面本身具有微量水，而当冰形显影剂喷洒至冰面时，由于乙酸乙酯的高挥发性，乙酸乙酯在冰形表面快速挥发，基于二氧化钛粉末和乙酸乙酯溶液特定配比，既能吸收纳米二氧化钛和冰形表面的热量，致使纳米二氧化钛和冰形表面之间温度降低，促使纳米二氧化钛和冰形表面之间微量水冷凝成微冰，由微冰实现让纳米二氧化钛克服自重附着到冰形表面上，又能够控制形成的微冰又不会破坏冰形表面外轮廓，特别是在将冰形显影剂预冷至-10℃~-3℃时，还能进一步维持冰形表面外轮廓保持时长，为冰形三维结构测量提供充裕的工作时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冰形显影剂，其特征在于，冰形显影剂包括质量比为1:4~6的二氧化钛和乙酸乙酯，所述二氧化钛的粒径为50nm~200nm。

2.如权利要求1所述的冰形显影剂，其特征在于，所述二氧化钛的平均粒径为100nm。

3.如权利要求1或2所述的冰形显影剂，其特征在于，所述乙酸乙酯的质量浓度≥99.5%。

4.如权利要求3所述的冰形显影剂，其特征在于，所述二氧化钛的粒径为80nm~120nm。

5.如权利要求3所述的冰形显影剂，其特征在于，所述二氧化钛和乙酸乙酯的质量比为1:5。

6.一种如权利要求1~5任意一项所述冰形显影剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将二氧化钛和乙酸乙酯搅拌混合均匀。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：常温下将乙酸乙酯加入二氧化钛中，搅拌为悬浊液，制得冰形显影剂。

8.一种如权利要求1~5任意一项所述冰形显影剂的应用方法，其特征在于，将冰形显影剂应用于结冰风洞试验的冰形三维结构测量。

9.如权利要求8所述的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：将冰形显影剂均匀喷洒到结冰风洞试验中的冰形表面，然后使用三维激光扫描仪对冰形三维结构进行测量。

10.如权利要求9所述的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：先将冰形显影剂预冷至-10℃~-3℃，然后将冰形显影剂均匀喷洒到结冰风洞试验中的冰形表面。