CN113670801A - 一种直升机连接结构湿热海洋大气环境试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了直升机连接结构湿热海洋大气环境试验方法，步骤包括：对试验件施加当量1年飞行强度的拉‑拉正弦疲劳载荷；结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高温度和最大相对湿度对试验件开展湿热试验；结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高温度和太阳年紫外辐射量极大值对试验件开展紫外/冷凝试验；结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高氯离子含量及雨水最低pH值对试验件开展盐雾试验；结束后进行性能检测。本发明方案能够有效模拟直升机停放时连接结构早晚多受高湿、腐蚀介质作用，白天受紫外线辐射，飞行过程受疲劳载荷作用的实际情况，能再现湿热海洋大气环境下长期服役的损伤现象和损伤机理，提高了试验的模拟性和有效性。
Description
技术领域
本发明涉及直升机环境试验技术领域，具体涉及一种直升机连接结构湿热海洋大气环境试验方法。
背景技术
直升机蒙皮、起落架等连接结构起到承受和传递载荷的作用，在疲劳载荷作用下容易出现裂纹、断裂等故障。沿海地区服役的直升机由于长期暴露于高温、高湿、高盐雾、强太阳辐射的海洋大气环境中，直升机连接结构很容易产生腐蚀/老化，导致连接部位材料损失并产生应力集中，进一步加速疲劳裂纹的扩展，在腐蚀和疲劳载荷的作用下，裂纹快速扩展导致结构破坏，进而导致直升机失事等重大安全事故。
目前，针对直升机连接结构的环境试验主要采用自然环境或实验室模拟环境暴露一定时间后开展拉伸性能或疲劳性能测试，以表征直升机连接结构的耐环境能力。然而，采用自然环境试验加力学性能测试的方法试验周期较长，难以实现快速评估；而现有常用的实验室模拟加力学性能测试方法，仍然存在模拟/表征效果欠缺的问题。
此外，文献CN106644458A提供了一种直升机尾减速器机匣疲劳试验方法：分析直升机尾减速器机匣在使用过程中受到的载荷力；将如所述的载荷力等效为模拟载荷力；分析直升机尾减速器机匣在使用过程中的受力循环；根据直升机的典型任务、所述的受力循环，编制试验谱；按照所述的试验谱，对直升机尾减速器机匣周期性地施加如模拟载荷力；检查直升机尾减速器机匣是否收到疲劳损伤。但是，该方法并不适用于表征直升机连接结构在湿热海洋大气环境下的实际情况。
发明内容
本发明目的在于提供一种直升机连接结构湿热海洋大气环境试验方法，至少用于快速评价直升机连接结构在湿热海洋大气环境下的适应性。
为了实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。
一种直升机连接结构湿热海洋大气环境试验方法，其特征在于，步骤依序包括：
步骤1，对直升机连接结构试验件施加当量1年飞行强度的拉-拉正弦疲劳载荷；
步骤2，结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高温度和最大相对湿度，对直升机连接结构试验件开展湿热试验；
步骤3，结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高温度和太阳年紫外辐射量极大值，对直升机连接结构试验件开展紫外/冷凝试验；
步骤4，结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高氯离子含量及雨水最低pH值，对直升机连接结构试验件开展盐雾试验；
步骤5，循环实施步骤1至步骤4，结束后对直升机连接结构试验件进行性能检测。
为进一步提高试验评价的准确性，实施步骤4时，同时对直升机连接结构试验件开展湿润-干燥处理，具体是：获取直升机服役所在沿海湿热地区实测的全年润湿时间与干燥时间的比值，采用该比值的极大值作为喷盐雾和干燥的循环时间比例，喷盐雾温度选用直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高温度。
作为本发明的优选方案，所述直升机连接结构为直升机蒙皮侧板的铆接部位。
在本发明的一个实施方案中，
所述步骤1中试验条件：波形为正弦波，载荷50%Rp0.2，频率16Hz，循环次数8000次；
所述步骤2中试验条件：温度T=（40±1）℃，相对湿度RH=（95±3）%，一个周期试验为7天；
所述步骤3中试验条件：辐照水平为340 nm下1.1W/m2/nm，等效总紫外辐射量为60W/m2，每12h循环中包括（60±1）℃下8h的紫外线试验及（50±1）℃下4h的冷凝试验，该紫外-冷凝试验周期为16天；
所述步骤4中试验条件：采用0.05%的NaCl溶液，用稀硫酸或NaOH溶液调整pH值至4~5，盐溶液的沉降率控制为1~3mL/(80cm².h)；
湿润-干燥试验过程中，每24h循环中12h喷盐雾、12h通风干燥，喷盐雾温度按照实测的最高温度取T=（40±1）℃，干燥温度取T=（35±1）℃，干燥湿度RH=（50±3）%，一个周期试验时间为7天；
每个循环试验总时长为31天（包括载荷试验耗时约1天、湿热试验7天、紫外-冷凝试验周期为16天和盐雾试验7天）。
在本发明的一个应用中，所述试验方法用于表征直升机停放及飞行状态下的实际情况。
有益效果：采用本发明方案，能够有效模拟直升机停放时，连接结构早晚多受高湿、腐蚀介质作用，白天受紫外线辐射，飞行过程受疲劳载荷作用的实际情况；本发明方案能够再现直升机连接结构在湿热海洋大气环境下长期服役的损伤现象和损伤机理，显著提高了试验的模拟性和有效性；本发明方案能够在确保试验结果准确性的前提下缩短直升机连接结构湿热海洋大气环境适应性评价时间，大幅提升试验评价效率。
本发明综合考虑了直升机在停放阶段主要环境因素对连接结构的影响和飞行时疲劳载荷对停放阶段连接结构的损伤加速作用，结合实测环境因素以及极值原则设计试验参数，显著提升了试验的模拟性和加速性，交替进行环境试验和疲劳试验，有效模拟了直升机在服役过程中停-飞-停的工作状态。本发明相比于常规方案中采用单环境因素或双环境因素作为试验环境且试验参数一般参考相应标准设计，其结果更具有可信性和可靠性。
附图说明
图1是实施例中直升机蒙皮连接结构试验件示意图；
图2是实施例中某沿海湿热地区直升机连接结构试验件的加速模拟试验环境谱；
图3是实施例中直升机连接结构试验件试验前后的红外光谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例
一种直升机连接结构湿热海洋大气环境试验方法，模拟直升机停放时，连接结构早晚多受高湿、腐蚀介质作用，白天受紫外线辐射，飞行过程受疲劳载荷作用的实际情况；所述湿热海洋大气环境是指中国沿海某地区的自然环境，该连接结构如图1所示，为直升机蒙皮侧板的铆接结构，该试验方法的步骤如图2所示，依序包括：
步骤1，对直升机连接结构试验件施加当量1年飞行强度的拉-拉正弦疲劳载荷；
结合该直升机连接结构遭受的载荷强度通常为其自身屈服强度的40%~60%，确定试验条件为：波形为正弦波，载荷50%Rp0.2，频率16Hz，循环次数8000次；
步骤2，结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高温度和最大相对湿度，对直升机连接结构试验件开展湿热试验；根据所在沿海湿热地区实测的最高温度(39.3℃)和最大相对湿度(100％)，综合考虑现有湿热试验箱参数控制精度因素，确定湿热子试验的试验条件为：温度T=（40±1）℃，相对湿度RH=（95±3）%，一个周期试验7天；
步骤3，结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高温度和太阳年紫外辐射量极大值，对直升机连接结构试验件开展紫外/冷凝试验；所在沿海湿热地区实测的最高温度为39.3℃，实测的太阳年紫外辐射量极大值为233.67MJ/m2，根据范特荷夫（Van’t Hoff）规则—通常温度每升高10℃，化学反应速率约增加2~4倍，可以认为光老化反应速率较自然环境暴露状态下约增加4倍以上，为模拟连接结构全年接收的紫外总辐射量，设计紫外冷凝试验的试验条件为：辐照水平为340 nm下1.1W/m2/nm(等效总紫外辐射量为60W/m2)，每12h循环中包括（60±1）℃下8h的紫外线试验及（50±1）℃下4h的冷凝试验，本步骤中紫外-冷凝试验周期为16天；
步骤4，结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高氯离子含量及雨水最低pH值，对直升机连接结构试验件开展盐雾试验；在潮湿空气环境中，连接结构表面会因凝露而产生一层水膜，大气中的Cl-与水膜接触时会溶于水中，由所在沿海湿热地区的雨水分析结果可知降雨pH最低值为4.59，确定盐雾试验的条件为：采用0.05%的NaCl溶液，用稀硫酸或NaOH溶液调整pH值至4~5（按照极值原则确定），来模拟大气环境中的腐蚀介质作用，盐溶液的沉降率控制为1~3mL/(80cm².h)；
步骤5，循环实施步骤1至步骤4，每个循环试验总时长31天，试验结束后进行试验件外观、光泽、色差、厚度、红外等性能检测，一个循环试验可模拟户外使用1年。
实施步骤4时，同时对直升机连接结构试验件开展湿润-干燥处理，具体是：根据所在沿海湿热地区实测相对湿度统计结果，其全年润湿时间（按相对湿度≥80%记为润湿）与干燥时间的比值约为1:1~2.5，采用极大值1:1作为喷盐雾/干燥的循环时间比例，即每24h循环中12h喷盐雾，12h通风干燥，以突出干湿交替对连接结构涂层的影响；喷盐雾温度按照实测的最高温度取T=（40±1）℃，干燥温度取T=（35±1）℃，干燥湿度RH=（50±3）%，一个周期试验时间7天。
针对前述直升机连接结构试验件开展了一个周期的试验，并辅以自然环境试验+疲劳试验的方式进行了验证，具体如下：
前述直升机连接结构试验件在经1个循环的实验室试验后，其宏观腐蚀形貌上主要表现为轻微失光、变色，附着力由原始0级降为1级；与前述直升机连接结构试验件同规格的另一试验件在沿海湿热地区户外大气暴露试验12个月（试验前疲劳加载8000次），其失光率和色差值随着暴露时间的延长逐渐增加，附着力由原始0级降为1级；
采用智能反射法得到直升机连接结构试验件涂层体系在试验前后的红外光谱图，如图3所示，实验室试验1个循环和自然环境试验12个月后的特征峰1746、1371均呈减弱趋势，且特征峰强度基本一致。因此，从环境作用机理来看，实验室试验与沿海湿热地区自然环境试验基本一致，表面本实施例中方案具有较好的模拟效果，能显著缩短试验考核时间。
采用该方案能够有效模拟直升机停放时，连接结构早晚多受高湿、腐蚀介质作用，白天受紫外线辐射，飞行过程受疲劳载荷作用的实际情况；本发明方案能够再现直升机连接结构在湿热海洋大气环境下长期服役的损伤现象和损伤机理，显著提高了试验的模拟性和有效性；本发明方案能够在确保试验结果准确性的前提下缩短直升机连接结构湿热海洋大气环境适应性评价时间，大幅提升试验评价效率。
Claims (5)
1.一种直升机连接结构湿热海洋大气环境试验方法，其特征在于，步骤依序包括：
步骤1，对直升机连接结构试验件施加当量1年飞行强度的拉-拉正弦疲劳载荷；
步骤2，结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高温度和最大相对湿度，对直升机连接结构试验件开展湿热试验；
步骤3，结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高温度和太阳年紫外辐射量极大值，对直升机连接结构试验件开展紫外/冷凝试验；
步骤4，结合直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高氯离子含量及雨水最低pH值，对直升机连接结构试验件开展盐雾试验；
步骤5，循环实施步骤1至步骤4，结束后对直升机连接结构试验件进行性能检测。
2.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：
实施步骤4时，同时对直升机连接结构试验件开展湿润-干燥处理，具体是：获取直升机服役所在沿海湿热地区实测的全年润湿时间与干燥时间的比值，采用该比值的极大值作为喷雾和干燥的循环时间比例，喷雾温度选用直升机服役所在沿海湿热地区实测的最高温度。
3.根据权利要求2所述的试验方法，其特征在于：所述直升机连接结构为直升机蒙皮侧板的铆接部位。
4.根据权利要求3所述的试验方法，其特征在于：
所述步骤1中试验条件：波形为正弦波，载荷50％Rp0.2，频率16Hz，循环次数8000次；
所述步骤2中试验条件：温度T＝(40±1)℃，相对湿度RH＝(95±3)％，一个周期试验为7天；
所述步骤3中试验条件：辐照水平为340nm下1.1W/m2/nm，等效总紫外辐射量为60W/m2，每12h循环中包括(60±1)℃下8h的紫外线试验及(50±1)℃下4h的冷凝试验，该紫外-冷凝试验周期为16天；
所述步骤4中试验条件：采用0.05％的NaCl溶液，用稀硫酸或NaOH溶液调整pH值至4～5，盐溶液的沉降率控制为1～3mL/(80cm2.h)；
湿润-干燥试验过程中，每24h循环中12h喷盐雾、12h通风干燥，喷盐雾温度按照实测的最高温度取T＝(40±1)℃，干燥温度取T＝(35±1)℃，干燥湿度RH＝(50±3)％，一个周期试验时间为7天；
每个循环试验总时长为31天。
5.根据权利要求6所述的试验方法，其特征在于：所述试验方法用于表征直升机停放及飞行状态下的实际情况。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211119 |
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