直升机风挡透明件多综合环境耐久性试验方法研究
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摘 要：直升机风挡透明件主要用以提供飞行员良好的外部视野，是直升机上的关键功能结构件。随着直升机风挡透明件技术快速发展，功能复合程度以及结构复杂程度急剧上升，同时对其耐久性评价也变得更加困难。文章综合论述了一种直升机风挡透明件多综合环境耐久性试验方法，对直升机风挡透明件耐久性的评估具有借鉴意义。
关键词：直升机;风挡透明件;耐久性;多综合环境;试验方法
中图分类号：V240.2 文献标识码：A 文章编号：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
直升机风挡透明件作为整体结构部件通常安装于前机身，是直升机上的关键功能结构件，其主要功能和要求如下：（1）维持气动外形，承受飞行中的气动载荷、惯性载荷和热载荷;（2）隔离外部环境，保护飞行员免受外界环境的影响;（3）在各种环境和条件下为飞行员提供清晰的外部视野;（4）具备泄静电和电磁屏蔽等附加功能[1-3]。
目前直升机风挡透明件在实际使用过程中，存在多种工况因素同时作用，各因素的交互作用往往是影响风挡透明件的关键因素。但目前采用的单因素试验（如高低温、振动、湿热老化、光化学效应）并不能体现各因素的交互作用，从而无法实现对风挡产品的关键性能——使用寿命进行评价。本文通过对直升机风挡在使用过程中的环境因子进行分析及初步筛选，确立了一种多综合风挡透明件试验方法，为直升机风挡透明件的耐久性提供了参考。
1 环境因子分析及初步筛选
本文主要针对直升机无机夹层风挡透明件，根据该产品的材料特性，分析使用环境过程中的环境因子对风挡透明件的影响，如表1所示[4-5]。
由表1可知，直升機风挡透明件显著环境因子主要有高、低温，温度冲击，太阳辐射，湿热。
2 环境谱
风挡透明件使用环境可根据空间分布划分为舱外自然气候环境、舱内环控环境、风挡电加温环境。舱外自然气候环境主要考虑直升机飞行过程中存在的温度、湿度、太阳辐射、低温冲击（进入云层）。舱内环控环境主要考虑为保护驾驶员提供的温度控制条件。风挡电加温环境主要考虑在低温气候（低于4℃以下）时，需开启风挡电加温功能，实现防冰除雾，为飞行员提供清晰视野。
2.1 舱外自然环境气候
（1）温度
根据MIL-STD-810G-2008《ENVIRONMENTAL ENGINEERING CONSIDERATIONS AND LABORATORY TESTS》，将直升机在温度环境服役条件划分为冷气候和热气候两种类型，温度等级与时间的占比关系如表2、3所示。
（2）低温冲击
在直升机从干燥空气进入包含低温水汽云层的时侯，会引起风挡瞬间降温并形成较大的温度梯度，产生不均匀的热应力作用。其中，过冷水汽环境主要考虑在舱外温度（大气环境）在4℃和-4℃时出现，具体参数见表4。
（3）湿热
湿热主要通过长期效应影响风挡透明件性能，本项考核需考虑风挡透明件在直升机使用过程（包括贮存和飞行）中的最严苛情况，具体要求如表5所示。
（4）太阳辐射
太阳辐射主要通过长期效应影响风挡透明件性能，本项考核需考虑风挡透明件在直升机使用过程（包括贮存和飞行）中的最严苛情况，具体要求如表6所示。
2.2 舱内环控环境气候
根据直升机在使用过程中可能遇到的冷气候与热气候环境，其舱内环控环境控制要求如表7、表8所示。
2.3 风挡电加温环境
出于防冰除雾考虑，风挡透明件外表面温度必须保持在4℃以上。即在4℃及以下温度必须开启防除冰加热系统。为了达到考核目的，每一次循环试验中必须进行一个完整的功率周期，即在循环开始风挡电加温系统处于激励状态以保证风挡外表面温度高于4℃，在循环结束前需关闭风挡透明件电加温系统，以冷却到环境初始温度，如图1所示。 3 试验实施初步方案
3.1 试验原理
试验原理如图2所示，试验箱分为A箱和B箱：A箱模拟座舱外部环境，包括温度、低温冲击;B箱模拟座舱内部环境包括温度和气压;风挡电加温通过温控盒实现控制。试验过程中，通过控制试验箱温度、电加温以及低温冲击等参数，模拟风挡透明件实际服役环境，从而实现国产材料和进口材料风挡透明件可靠性对比验证。
3.2 试验环境条件
试验设备应通过A、B箱实现对座舱内部和外部环境的模拟，具体要求如下：
（1）温度环境控制
模拟座舱外温度：4℃～-55℃，温度偏差≤±2℃。
在制定的模拟座舱外温度条件下，模拟座舱内温度控制范围：4℃～15℃，温度偏差≤±2℃。
（2）低温冲击
液态水温度不高于-9.4℃，水滴平均直径20±10um，液态水含量1±0.5g/m3，风速不低于1.7m/s。
（3）电加温环境
采用航空电源进行供电，三相交流电，电压115V，按说明书最大工作功率进行供电。
3.3 失效模式判据
试验中出现以下情况，认为试验件遭受破坏，终止试验：
（1）电加温功能故障，无法提供防冰除雾所需功率/温度。
（2）任一层玻璃出现裂纹、炸裂等失效现象。
（3）风挡出现脱胶和气泡等失效现象。
（4）风挡胶合层发生断裂。
（5）风挡密封区域出现气密性不符合规定问题。
4 结束语
目前常用风挡透明件試验主要为单因子或双因子试验，无法体现多因子对风挡透明件的交互作用，本文通过提出的多综合试验，考虑了湿热、温度、低温冲击、太阳辐射、电加的多综合环境，对直升机风挡透明件耐久性的评估具有借鉴意义。
参考文献：
[1]石琳，现代飞机风挡及舱盖透明材料的发展[J].航空制造工程，1994（12）：26-27.
[2]刘刚，戴向黎，王舟.飞机风挡玻璃结构分析与研究[A].探索创新交流（第7集）——第七届航空学会青年科技论坛文集（下册）[C].2016.
[3]姜良宝，厉蕾，张官理，等.化学强化铝硅酸盐玻璃研究进展[J].材料工程，2014（10）：106-112.
[4]门坤发，张洪侠.直升机风挡玻璃失效分析[J].失效分析与防护，2018，13（1）：49-53.
[5]刘明，高蒙，张兴华，等.典型航空有机玻璃在实验室加速条件下的老化规律[J].失效分析与防护，2015，10（06）：346-349+354.
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