直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩熱防護(hù)技術(shù)

周南海

摘 要：熱防護(hù)是直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩使用的重要技術(shù)，主要起到保護(hù)的作用。針對直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩高溫焦化問題，構(gòu)建了整流罩平衡狀態(tài)下受熱傳熱數(shù)據(jù)模式。同時(shí)，根據(jù)模型分析熱防護(hù)的效果，保證直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩使用的穩(wěn)定性和安全性。本文針對直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩熱防護(hù)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，展開了分析和闡述。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);動(dòng)力艙整流罩;熱防護(hù)技術(shù)

中圖分類號(hào)：V221 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）08-0085-02

直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩使用的復(fù)合材料比強(qiáng)度較高，抗疲勞性能好，可以很好地保證直升機(jī)的飛行性能，降低事故的發(fā)生。但是，在直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩的使用過程中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)楦邷禺a(chǎn)生焦化問題，影響直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩的使用性能，安全事故發(fā)生的概率也相應(yīng)提高。因此，為了保證直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩使用的安全性，避免高溫焦化問題的產(chǎn)生，將熱防護(hù)技術(shù)應(yīng)用到其中。在直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩表面采取合理的熱防護(hù)技術(shù)，在熱導(dǎo)率、折射率等方面進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以有效將直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩溫度控制在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以此避免安全事故的發(fā)生。

1 動(dòng)力艙整流罩分析

動(dòng)力艙整流罩是直升機(jī)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，主要是用于維持氣動(dòng)外形，保護(hù)直升機(jī)以及其中的有效負(fù)載，避免直升機(jī)受到外界因素的影響，從而引發(fā)安全事故。直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩主要是由阻燃環(huán)氧樹脂體系和Nomex蜂窩夾芯制備而成[1]。但是，由于材料結(jié)構(gòu)耐熱指標(biāo)存在著一定的局限性，直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩很容易受到發(fā)動(dòng)機(jī)本身的溫度以及排氣溫度的影響。若是溫度相對較高的話，就會(huì)影響直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩的使用壽命，直升機(jī)的飛行品質(zhì)也會(huì)受到影響，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩在使用的時(shí)候，需要將其表面溫度控制在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，這樣才能避免安全事故的發(fā)生。

2 熱防護(hù)技術(shù)

在直升機(jī)飛行的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生大量熱量，通過輻射的方式傳遞到整流罩表面。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的熱氣也有可能沖擊到整流罩表面，其溫度在300℃以上，這樣對直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩表面就會(huì)造成嚴(yán)重的影響。熱傳遞（或稱傳熱）是物理學(xué)上的一個(gè)物理現(xiàn)象，是指由于溫度差引起的熱能傳遞現(xiàn)象。熱傳遞中用熱量量度物體內(nèi)能的改變。熱傳遞主要存在三種基本形式：熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流。熱防護(hù)技術(shù)，就是從這三點(diǎn)出發(fā)。例如將隔熱材料貼附在直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩表面，形成一層保護(hù)層，以此降低高溫氣流對直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩的影響，保證直升機(jī)飛行的安全性與穩(wěn)定性[2];或者在整流罩表面覆蓋反射層，也可以通過適當(dāng)?shù)囊龤庠O(shè)計(jì)，導(dǎo)入外界冷空氣，對發(fā)動(dòng)機(jī)艙進(jìn)行降溫，降低熱輻射。

3 熱防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

為了保證直升機(jī)飛性的穩(wěn)定性和安全性，保證直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩表面溫度處于安全標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，將熱防護(hù)技術(shù)應(yīng)用到直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩中。下面從不同角度和方向，對直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩中熱防護(hù)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，展開了分析和闡述。

3.1 模型構(gòu)建

模型構(gòu)建是熱防護(hù)技術(shù)在直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩上應(yīng)用的基礎(chǔ)，主要是對熱能的實(shí)際情況進(jìn)行分析。熱能傳遞方式一般分為：熱傳導(dǎo)、熱輻射與熱對流，因此在應(yīng)用的過程中，可以從這幾方面方面展開，具體的內(nèi)容如下。

（1）可以通過利用增加直升機(jī)動(dòng)力艙冷卻空氣流量的方式，提升發(fā)動(dòng)機(jī)艙的通風(fēng)散熱性能，以此保證整流罩不受損，避免安全事故的發(fā)生。同時(shí)，在模型構(gòu)建的時(shí)候，需要對直升飛機(jī)動(dòng)力艙滅火系統(tǒng)的性能，以及使用范圍等方面進(jìn)行綜合性的考慮，模擬出直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩的散熱方向。（2）在直升機(jī)處于懸停的狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的空氣流動(dòng)相對較為緩慢，通過利用熱防護(hù)技術(shù)可以假設(shè)空氣處于滯動(dòng)的狀態(tài)[3]。同時(shí)，空氣中含有的大量的雙原子氣體，并且這些雙原子氣體被認(rèn)為熱輻射的透明體，因此在模型構(gòu)建的過程中，可以利用輻射和滯動(dòng)空氣的熱傳導(dǎo)等方面，有效完成向整流罩的傳遞。（3）在模型構(gòu)建的過程中，通過利用復(fù)合材料對直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩表面的熱量進(jìn)行吸收，這樣經(jīng)過多次的傳導(dǎo)，可以將熱量有效傳遞出去，圖1所示。

圖1中的：δ1為整流罩外部表面、δ2為蜂窩夾心、δ為整流罩內(nèi)面板的厚度;λ1為整流罩外面板、λ2為蜂窩夾心、λ3為整流罩內(nèi)面板導(dǎo)熱系數(shù)、T1、T2、T3、T4分別表示溫度位置 。同時(shí)，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式，可以對發(fā)動(dòng)機(jī)表面到整流罩內(nèi)面的輻射換熱量展開計(jì)算，其公式為：

其中公式的為輻射換熱量、為溫差換算常數(shù)、為發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度、整流罩內(nèi)面板溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)表面發(fā)射率、整流內(nèi)罩內(nèi)板復(fù)合材料表面發(fā)射率。另外，還需要對整流罩內(nèi)面板向外板的熱傳導(dǎo)過程展開計(jì)算，其公式為：

這樣可以在一定程度上保證模型構(gòu)建的準(zhǔn)確性。

3.2 計(jì)算分析

直升機(jī)在懸停作業(yè)的時(shí)候，動(dòng)力艙內(nèi)的通風(fēng)量僅由旋翼下洗氣流提供，直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩就會(huì)處于高溫的狀態(tài)。因此，在模型構(gòu)建完成以后，需要對各方面進(jìn)行計(jì)算分析，具體的內(nèi)容可以從以下幾個(gè)展開。

（1）根據(jù)模型假設(shè)溫度和結(jié)果，設(shè)定直升機(jī)懸停狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)表面的溫度大約為300℃，環(huán)境溫度為30℃的話，需要根據(jù)模型構(gòu)建已知的條件，采取相應(yīng)的溫度控制措施，對直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩內(nèi)部溫度分布情況進(jìn)行明確[5]。（2）在計(jì)算分析的時(shí)候，通過對直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩內(nèi)部面板發(fā)射率的改變，內(nèi)部溫度的分布情況，也會(huì)產(chǎn)生一定的變化[6]。從圖1中可以知道，直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩內(nèi)部表面溫度會(huì)隨著發(fā)射率的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的變化，發(fā)射率相對較低的話，直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩內(nèi)部表面溫度也會(huì)相對較低，這樣才能保證直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩的穩(wěn)定性。（3）在計(jì)算分析的時(shí)候，還需要根據(jù)直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩的實(shí)際使用情況做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，這樣才能保證直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩內(nèi)部表面的溫度處于安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，提升直升機(jī)飛行的穩(wěn)定性和安全性。

3.3 溫度控制

熱防護(hù)技術(shù)在直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩使用的過程中，主要是利用隔熱效果較好的材料，在直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩內(nèi)表面增加隔熱墊，這樣可以有效起到隔熱降溫的作用，避免安全事故的產(chǎn)生。但是，在增加隔熱墊的時(shí)候，需要根據(jù)溫度的實(shí)際情況，選擇隔熱墊的厚度，這樣才能對溫度進(jìn)行有效的控制，并且保證直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩的長期使用性能[7]。

4 發(fā)展分析

熱防護(hù)技術(shù)屬于較為一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)形式，主要是采取新的材料，以及結(jié)構(gòu)概念降低直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩表面的溫度，起到隔熱降溫的作用，以此降低直升機(jī)飛行安全事故，保證飛行的穩(wěn)定。在熱防護(hù)技術(shù)發(fā)展的過程中，根據(jù)直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩的使用情況，綜合為以下幾個(gè)方面要求：（1）熱防護(hù)技術(shù)應(yīng)用到直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩中時(shí)，耐用性較強(qiáng)，不需要額外做好相應(yīng)的防水措施，這樣可以在一定程度上降低成本。面板在安裝和拆卸方面，要相對較為容易。（2）直升機(jī)在大氣層飛行的時(shí)候，熱防護(hù)技術(shù)可以起到阻抗的作用，降低外界高溫對直升機(jī)的影響，保證直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩表面的溫度處于安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，避免事故的產(chǎn)生。（3）熱防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，可以保證直升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)避免受到外界因素的影響，以此保證直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩的安全性和穩(wěn)定性[8]。

5 結(jié)語

根據(jù)以上的綜合論述，得出結(jié)論：（1）本文分別對直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩、動(dòng)力艙的環(huán)境，以及防護(hù)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，展開了分析和闡述。只有對各個(gè)方面進(jìn)行明確，才能將熱防護(hù)技術(shù)很好的應(yīng)用到直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩中，以此保證其應(yīng)用效果，展現(xiàn)熱防護(hù)技術(shù)的自身優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果。（2）從不同角度和方向，例如：模型構(gòu)建、計(jì)算分析、溫度控制等方面，對直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩熱防護(hù)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，展開了分析和闡述，其目的就是降低直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩的表面溫度，避免受到高溫的影響，保證直升機(jī)飛形的氣動(dòng)外形，提升其安全性，避免安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 王曉欣，羅硼，王洪達(dá).直升機(jī)動(dòng)力艙整流罩熱防護(hù)技術(shù)研究[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2017（18）：28-29.

[2] 郭揚(yáng)，郭冰冰，張巍.整流罩用隔熱材料的研制[J].宇航材料工藝，2017，36（S1）：28-30.

[3] 王明慶.民用飛機(jī)主起落架艙表面防護(hù)技術(shù)分析及應(yīng)用[J].科技展望，2017，26（20）：139-141.

[4] 郭朝邦，牛文，李文杰.HTV-2熱防護(hù)系統(tǒng)及熱結(jié)構(gòu)技術(shù)研究進(jìn)展[J].飛航導(dǎo)彈，2017（1）：96-102.

[5] 楊強(qiáng)，解維華，彭祖軍，等.熱防護(hù)設(shè)計(jì)分析技術(shù)發(fā)展中的新概念與新趨勢[J].航空學(xué)報(bào)，2015，36（9）：2981-2991.

[6] 馮蕊，孫秦.飛機(jī)整流罩蒙皮局部屈曲優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2018，10（13）：3153-3157.

[7] 張羽，王召娣，但春明，等.飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料設(shè)計(jì)值研究進(jìn)展[J].高科技纖維與應(yīng)用，2017（5）：8-15.

[8] 王明慶.民用飛機(jī)翼身整流罩雷電防護(hù)技術(shù)分析及應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2018（11）：196-197.