直升機風擋透明件多綜合環(huán)境耐久性試驗方法研究

邱晨陽　肖煒　曹瑤琴　何志平

摘? 要：直升機風擋透明件主要用以提供飛行員良好的外部視野，是直升機上的關(guān)鍵功能結(jié)構(gòu)件。隨著直升機風擋透明件技術(shù)快速發(fā)展，功能復合程度以及結(jié)構(gòu)復雜程度急劇上升，同時對其耐久性評價也變得更加困難。文章綜合論述了一種直升機風擋透明件多綜合環(huán)境耐久性試驗方法，對直升機風擋透明件耐久性的評估具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：直升機;風擋透明件;耐久性;多綜合環(huán)境;試驗方法

中圖分類號：V240.2 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）07-0122-04

Abstract： Helicopter windshield transparent parts are mainly used to provide pilots with a good external field of vision， and are the key functional structural components on the helicopter. With the rapid development of helicopter windshield transparent parts technology， the degree of functional composite and structural complexity increases sharply; at the same time， the evaluation of its durability becomes more difficult. This paper comprehensively discusses a multi-comprehensive environmental durability test method for transparent parts of helicopter windshield， which can be used for reference to evaluate the durability of transparent parts of helicopter windshield.

Keywords： helicopter; windshield transparent parts; durability; multi-comprehensive environment; test method

前言

直升機風擋透明件作為整體結(jié)構(gòu)部件通常安裝于前機身，是直升機上的關(guān)鍵功能結(jié)構(gòu)件，其主要功能和要求如下：（1）維持氣動外形，承受飛行中的氣動載荷、慣性載荷和熱載荷;（2）隔離外部環(huán)境，保護飛行員免受外界環(huán)境的影響;（3）在各種環(huán)境和條件下為飛行員提供清晰的外部視野;（4）具備泄靜電和電磁屏蔽等附加功能[1-3]。

目前直升機風擋透明件在實際使用過程中，存在多種工況因素同時作用，各因素的交互作用往往是影響風擋透明件的關(guān)鍵因素。但目前采用的單因素試驗（如高低溫、振動、濕熱老化、光化學效應）并不能體現(xiàn)各因素的交互作用，從而無法實現(xiàn)對風擋產(chǎn)品的關(guān)鍵性能——使用壽命進行評價。本文通過對直升機風擋在使用過程中的環(huán)境因子進行分析及初步篩選，確立了一種多綜合風擋透明件試驗方法，為直升機風擋透明件的耐久性提供了參考。

1 環(huán)境因子分析及初步篩選

本文主要針對直升機無機夾層風擋透明件，根據(jù)該產(chǎn)品的材料特性，分析使用環(huán)境過程中的環(huán)境因子對風擋透明件的影響，如表1所示[4-5]。

由表1可知，直升機風擋透明件顯著環(huán)境因子主要有高、低溫，溫度沖擊，太陽輻射，濕熱。

2 環(huán)境譜

風擋透明件使用環(huán)境可根據(jù)空間分布劃分為艙外自然氣候環(huán)境、艙內(nèi)環(huán)控環(huán)境、風擋電加溫環(huán)境。艙外自然氣候環(huán)境主要考慮直升機飛行過程中存在的溫度、濕度、太陽輻射、低溫沖擊（進入云層）。艙內(nèi)環(huán)控環(huán)境主要考慮為保護駕駛員提供的溫度控制條件。風擋電加溫環(huán)境主要考慮在低溫氣候（低于4℃以下）時，需開啟風擋電加溫功能，實現(xiàn)防冰除霧，為飛行員提供清晰視野。

2.1 艙外自然環(huán)境氣候

（1）溫度

根據(jù)MIL-STD-810G-2008《ENVIRONMENTAL ENGINEERING CONSIDERATIONS AND LABORATORY TESTS》，將直升機在溫度環(huán)境服役條件劃分為冷氣候和熱氣候兩種類型，溫度等級與時間的占比關(guān)系如表2、3所示。

（2）低溫沖擊

在直升機從干燥空氣進入包含低溫水汽云層的時侯，會引起風擋瞬間降溫并形成較大的溫度梯度，產(chǎn)生不均勻的熱應力作用。其中，過冷水汽環(huán)境主要考慮在艙外溫度（大氣環(huán)境）在4℃和-4℃時出現(xiàn)，具體參數(shù)見表4。

（3）濕熱

濕熱主要通過長期效應影響風擋透明件性能，本項考核需考慮風擋透明件在直升機使用過程（包括貯存和飛行）中的最嚴苛情況，具體要求如表5所示。

（4）太陽輻射

太陽輻射主要通過長期效應影響風擋透明件性能，本項考核需考慮風擋透明件在直升機使用過程（包括貯存和飛行）中的最嚴苛情況，具體要求如表6所示。

2.2 艙內(nèi)環(huán)控環(huán)境氣候

根據(jù)直升機在使用過程中可能遇到的冷氣候與熱氣候環(huán)境，其艙內(nèi)環(huán)控環(huán)境控制要求如表7、表8所示。

2.3 風擋電加溫環(huán)境

出于防冰除霧考慮，風擋透明件外表面溫度必須保持在4℃以上。即在4℃及以下溫度必須開啟防除冰加熱系統(tǒng)。為了達到考核目的，每一次循環(huán)試驗中必須進行一個完整的功率周期，即在循環(huán)開始風擋電加溫系統(tǒng)處于激勵狀態(tài)以保證風擋外表面溫度高于4℃，在循環(huán)結(jié)束前需關(guān)閉風擋透明件電加溫系統(tǒng)，以冷卻到環(huán)境初始溫度，如圖1所示。

3 試驗實施初步方案

3.1 試驗原理

試驗原理如圖2所示，試驗箱分為A箱和B箱：A箱模擬座艙外部環(huán)境，包括溫度、低溫沖擊;B箱模擬座艙內(nèi)部環(huán)境包括溫度和氣壓;風擋電加溫通過溫控盒實現(xiàn)控制。試驗過程中，通過控制試驗箱溫度、電加溫以及低溫沖擊等參數(shù)，模擬風擋透明件實際服役環(huán)境，從而實現(xiàn)國產(chǎn)材料和進口材料風擋透明件可靠性對比驗證。

3.2 試驗環(huán)境條件

試驗設(shè)備應通過A、B箱實現(xiàn)對座艙內(nèi)部和外部環(huán)境的模擬，具體要求如下：

（1）溫度環(huán)境控制

模擬座艙外溫度：4℃～-55℃，溫度偏差≤±2℃。

在制定的模擬座艙外溫度條件下，模擬座艙內(nèi)溫度控制范圍：4℃～15℃，溫度偏差≤±2℃。

（2）低溫沖擊

液態(tài)水溫度不高于-9.4℃，水滴平均直徑20±10um，液態(tài)水含量1±0.5g/m3，風速不低于1.7m/s。

（3）電加溫環(huán)境

采用航空電源進行供電，三相交流電，電壓115V，按說明書最大工作功率進行供電。

3.3 失效模式判據(jù)

試驗中出現(xiàn)以下情況，認為試驗件遭受破壞，終止試驗：

（1）電加溫功能故障，無法提供防冰除霧所需功率/溫度。

（2）任一層玻璃出現(xiàn)裂紋、炸裂等失效現(xiàn)象。

（3）風擋出現(xiàn)脫膠和氣泡等失效現(xiàn)象。

（4）風擋膠合層發(fā)生斷裂。

（5）風擋密封區(qū)域出現(xiàn)氣密性不符合規(guī)定問題。

4 結(jié)束語

目前常用風擋透明件試驗主要為單因子或雙因子試驗，無法體現(xiàn)多因子對風擋透明件的交互作用，本文通過提出的多綜合試驗，考慮了濕熱、溫度、低溫沖擊、太陽輻射、電加的多綜合環(huán)境，對直升機風擋透明件耐久性的評估具有借鑒意義。

參考文獻：

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