民用飛機(jī)風(fēng)擋排雨液選擇設(shè)計(jì)初探

白穆　霍西恒

【摘 要】本文對(duì)民用飛機(jī)風(fēng)擋排雨液選擇進(jìn)行了初步分析與研究，給出風(fēng)擋排雨液選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)概述。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)；優(yōu)化；排雨液

【Abstract】This paper analyzed and studied the rain repellent fluid choosing for civil aircraft； summarized the design improvement of rain repellent fluid choosing for civil aircraft.

【Key words】Windshield rain repellent fluid system； Design improvement； Rain repellent fluid

0 概述

飛機(jī)雨中飛行時(shí)，受降雨影響，風(fēng)擋透明表面能見度降低，這對(duì)飛機(jī)飛行，特別是起飛、著陸的安全危害極大。風(fēng)擋除雨系統(tǒng)，保證風(fēng)擋在降雨條件下的視界范圍，使風(fēng)擋有足夠大的清晰視界對(duì)安全駕駛意義重大。

風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)是保證飛機(jī)在降水條件下風(fēng)擋清晰視界的一種重要除雨方法，它的原理是向通過噴嘴向風(fēng)擋玻璃外表面噴灑排雨液，使其附著在風(fēng)擋表面并形成一層排雨液薄膜（厚度約為一個(gè)分子的直徑）。雨水不能沾附或濕潤(rùn)排雨液薄膜，無(wú)法散開成非均勻薄膜，從而保持著球形水滴的形狀，在重力和氣流的作用下吹離風(fēng)擋。排雨液的選擇對(duì)風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)性能至關(guān)重要，需要對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確確定。

1 通用的風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)以往飛行經(jīng)驗(yàn)，雨刷刮刷范圍較小，可在風(fēng)擋雨刷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一套輔助除雨系統(tǒng)。通過分析航線上運(yùn)營(yíng)或在研制階段的其他機(jī)型飛機(jī)風(fēng)擋除雨系統(tǒng)的配置情況可以看出，對(duì)于“風(fēng)擋雨刷系統(tǒng)+除雨膜”和“風(fēng)擋雨刷系統(tǒng)+風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)”的使用選擇，空客和波音兩大主要飛機(jī)制造商并無(wú)明確的偏好，兩種配置在其不同批次的飛機(jī)上均有使用。

A320、A330、A340、A350、B737、B767等機(jī)型均配置有風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)。其中，A320的風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)示意見圖1。風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)由排雨液罐、測(cè)量器組件、電磁活門、噴嘴和管路等組成。當(dāng)按入風(fēng)擋排雨按鈕時(shí)，儲(chǔ)存在排雨液罐內(nèi)的排雨液通過管路管、測(cè)量器組件通入位于左右側(cè)主風(fēng)擋處的噴嘴，并通過噴嘴將排雨液噴射到風(fēng)擋玻璃上。該系統(tǒng)還配有凈化氣體管路，引入的熱氣通入噴嘴，當(dāng)風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，通過氣源熱氣吹除噴嘴內(nèi)剩余液體。氣體系統(tǒng)可保證系統(tǒng)不工作時(shí)噴嘴內(nèi)無(wú)殘留排雨液，空氣中的水汽進(jìn)入噴嘴內(nèi)不會(huì)對(duì)噴嘴產(chǎn)生影響。目前空客飛機(jī)風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)中的排雨液是由某法國(guó)公司提供的，該液體為FORALKYL 2211，屬于環(huán)保材料。

2 排雨液的選擇優(yōu)化

2.1 通用的排雨液存在問題描述

在去除凈化熱氣管路的風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)使用過程中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，噴嘴無(wú)法再次正常工作。檢查發(fā)現(xiàn)噴嘴內(nèi)被膠狀物質(zhì)堵塞，導(dǎo)致噴嘴無(wú)法正常工作，排雨液無(wú)法噴出。排雨液（Foralkyl 2211）對(duì)水敏感，其化學(xué)成分中含有一種分子易于水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成凝膠物。當(dāng)風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)使用后，空氣中的水汽進(jìn)入到噴嘴內(nèi)，導(dǎo)致噴嘴內(nèi)遺留的排雨液與水凝結(jié)，堵塞噴嘴，致使噴嘴無(wú)法正常工作。

2.2 排雨液體選擇優(yōu)化

為解決風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)因長(zhǎng)時(shí)間未使用而導(dǎo)致噴嘴堵塞的問題，進(jìn)行了優(yōu)化：將排雨液Foralkyl 2211替換，新的排雨液應(yīng)具有不會(huì)與水反應(yīng)生成膠狀物的特點(diǎn)，避免噴嘴因?yàn)閲娮靸?nèi)排雨液凝固而發(fā)生堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

為驗(yàn)證新的排雨液和水是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成膠狀物，筆者進(jìn)行了測(cè)試，驗(yàn)證新型號(hào)排雨液特性。將兩種排雨液分別與5%的水混合后密封，在環(huán)境溫度55℃靜置7天。測(cè)試結(jié)果表明排雨液Foralkyl 2211發(fā)生凝固，而新型號(hào)的排雨液靜置7天甚至30天后仍未成成凝膠狀，因此新的排雨液滿足要求，可解決噴嘴內(nèi)排雨液和水接觸凝固的問題。

2.3 新型號(hào)排雨液排雨效果的驗(yàn)證

排雨液性能主要包括2個(gè)指標(biāo)：對(duì)水的接觸角和對(duì)風(fēng)擋表面的結(jié)合力。接觸角越大、結(jié)合力越好，排雨液性能越好。

2.3.1 接觸角測(cè)試

接觸角指氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液交界線之間的夾角，見圖2。如果接觸角小于90°，則是親水性的，若接觸角大于90°，則是疏水性的，即液體不容易潤(rùn)濕固體，容易在表面上移動(dòng)[1]。排雨液的作用是在風(fēng)擋玻璃表面形成一層膜層，膜層和水之間的接觸角越大表明排雨液性越好。排雨液形成的防雨膜對(duì)水的接觸角應(yīng)不小于90°[2]。

本文測(cè)試了兩種排雨液在玻璃表面形成的膜層的接觸角大小，普通玻璃的接觸角僅為20°。將排雨液Foralkyl 2211和新型號(hào)排雨液分別涂覆在普通玻璃表面，靜置15分鐘。發(fā)現(xiàn)兩種排雨液在初始時(shí)形成的膜層對(duì)水的接觸角均大于100°，隨時(shí)間而逐漸減小，在15分鐘后仍接近90°，如圖3所示。15分鐘后，新型號(hào)排雨液接觸角約為85°，略小于排雨液Foralkyl 2211的接觸角，兩者效果差別不大，新型排雨液接觸角滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3.2 風(fēng)擋表面結(jié)合力測(cè)試

本文通過風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)兩種排雨液的風(fēng)擋表面結(jié)合力進(jìn)行進(jìn)行測(cè)試。在風(fēng)洞中建立風(fēng)擋試驗(yàn)臺(tái)架，風(fēng)擋前按飛機(jī)位置安裝噴嘴，通過管路連接電磁活門和排雨液。當(dāng)電磁活門打開時(shí)，排雨液通過噴嘴噴射到風(fēng)擋玻璃上，并記錄在不同降雨強(qiáng)度下風(fēng)擋清晰區(qū)域。如圖4所示，在暴雨條件下，水量明顯增加，新型號(hào)排雨液和排雨液Foralkyl 2211均有一定的風(fēng)擋表面結(jié)合力，但新型號(hào)排雨液作用的有效時(shí)間有所縮短，再適當(dāng)增加噴射次數(shù)后，兩種排雨液效果差別不大，均能保證風(fēng)擋視野清晰，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

本文介紹了目前民用飛機(jī)上通常采用的風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)，其中空客飛機(jī)排雨液通常為Foralkyl 2211。在去除了凈化熱氣管路的風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)的實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，噴嘴無(wú)法再次正常工作，排雨液長(zhǎng)時(shí)間遇水凝固。為此進(jìn)行了排雨液的選擇優(yōu)化。通過對(duì)以上的驗(yàn)證，優(yōu)化后的風(fēng)擋排雨液系統(tǒng)解決了排雨液長(zhǎng)時(shí)間遇水凝固的問題。

【參考文獻(xiàn)】

[1]祝振鑫.膜材料的親水性、膜表面對(duì)水的濕潤(rùn)性和水接觸角的關(guān)系[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2014，34（2）：1-4.

[2]崔廣智.飛機(jī)風(fēng)擋玻璃防雨劑[J].航空材料，1982-03（1）：7-12.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]