薛玉華，張 巖，步明升，王 黎，阮潤琦，汪 威，郭年華

(海洋涂料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 海洋化工研究院有限公司，山東青島 266071)

耐雨蝕性能是考察飛機(jī)涂層十分重要的指標(biāo)之一，飛機(jī)從出廠后需要長時(shí)間在戶外工作，涂層和基材需要經(jīng)受各種惡劣天氣的考驗(yàn),如高速氣流、雨滴的作用,涂層會(huì)老化或損傷。國內(nèi)耐雨蝕性能測試一般通過測試漆膜的剝離、抗張及撕裂強(qiáng)度等間接來驗(yàn)證，不能直觀模擬涂料在飛機(jī)運(yùn)行過程中遇見的雨天情況。海洋化工研究院有限公司委托青島榮欣泰達(dá)節(jié)能科技有限公司開發(fā)的耐雨蝕試驗(yàn)箱主要用于測試復(fù)合涂層耐雨水沖刷性能，通過該設(shè)備能較為直觀模擬涂料在飛機(jī)運(yùn)行過程中遇見的雨天情況,?；涸趪鴥?nèi)唯一擁有該設(shè)備,開創(chuàng)了國內(nèi)航空涂料耐雨蝕性能的項(xiàng)目檢測,為航空涂料未來研究發(fā)展添磚加瓦。

1 耐雨蝕試驗(yàn)箱介紹

耐雨蝕試驗(yàn)箱是一種檢測材料雨蝕狀況的試驗(yàn)裝置[1-2]，它采用雨滴擊打高速旋轉(zhuǎn)葉片表面試樣的方式來模擬飛機(jī)高速飛行通過雨區(qū)時(shí)的狀況，它是針對雨滴的高速?zèng)_擊對飛機(jī)機(jī)身外部的涂料和材料表面的耐雨蝕性能而專門研制的新設(shè)備。

該試驗(yàn)裝置由隔離室、動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)、葉片機(jī)構(gòu)、噴淋裝置、控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。該裝置整體置于封閉的空間內(nèi)，通過控制系統(tǒng)監(jiān)測葉片的旋轉(zhuǎn)狀況；隔離室具有抗沖擊、耐腐蝕的性能，保證試驗(yàn)的安全；動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)底座、電機(jī)、變頻器等組成，實(shí)現(xiàn)葉片0～3555 轉(zhuǎn)/分（0～885 公里/時(shí)）的不同轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；葉片機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)葉片、軸端套等組成，旋轉(zhuǎn)葉片采用高強(qiáng)度特質(zhì)合金材料及采用儒可夫斯基對稱翼型，具有足夠的強(qiáng)度，使葉片在旋轉(zhuǎn)過程中平穩(wěn)、零升力、低阻力,且葉片機(jī)構(gòu)長度越長，線速度越大， 可以模擬飛機(jī)更快的速度。葉片、試件結(jié)構(gòu)及線速度分布如圖2～圖4所示。噴雨裝置由人工模擬降雨設(shè)備、量雨計(jì)等組成，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中0～4 mm雨滴的大小調(diào)節(jié)及降雨量的調(diào)節(jié),如圖5所示；量雨計(jì)采用電子量筒，實(shí)現(xiàn)降雨量的自動(dòng)讀?。豢刂葡到y(tǒng)可以收集信號(hào)，收集電機(jī)信息、傳感器信息、監(jiān)控信息、模擬降雨信息及雨蝕時(shí)間等，計(jì)算并控制運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中裝置運(yùn)行的控制、記錄與顯示。

圖1 耐雨蝕試驗(yàn)箱總裝三維立體示意圖Fig. 1 Three-dimensional schematic diagram of the total assembly of rain corrosion test box

圖2 葉片結(jié)構(gòu)Fig. 2 Blade structure

圖3 試件結(jié)構(gòu)圖Fig. 3 Specimen structural diagram

圖4 試樣線速度圖Fig. 4 Sample linear velocity diagram

圖5 人工模擬降雨系統(tǒng)Fig. 5 Artificial rainfall simulation system

2 耐雨蝕試驗(yàn)

2.1 測試試板制作

采用聚氨酯改性環(huán)氧底漆+聚酯底色漆+聚酯清漆涂層體系，保證涂層具有良好韌性、剝離強(qiáng)度及耐化學(xué)介質(zhì)性，與基材及涂層間具有良好的附著力。試件涂裝之前，先用酮類溶劑清洗試件表面，24 h內(nèi)進(jìn)行表面化學(xué)陽極化處理，處理后在72 h之內(nèi)涂裝防腐蝕環(huán)氧底漆，控制干膜厚度為12.7μm～20.3μm,底漆常溫固化16 h以上，噴涂底色漆，控制干膜厚度在43.5μm± 7.7μm，底色漆常溫固化16 h后，噴涂罩光清漆，控制干膜厚度為20μm±5μm，總膜厚控制在101.6μm± 12.7μm，在24±3 ℃條件下至少干燥固化14 d。

2.2 實(shí)驗(yàn)條件

在進(jìn)行試驗(yàn)前，將試件浸入24℃±6℃的水中16 h～24 h，從水中取出后1 h內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，試樣旋轉(zhuǎn)速度3555 轉(zhuǎn)/分，噴水的速度為76mm/h～102 mm/h (3～4 in/h)，雨滴尺寸為1mm～4 mm，設(shè)定時(shí)間為30 min。

2.3 操作步驟

（1)在操作前必須檢查電渦流位移傳感器是否處于工作狀態(tài)，以及噴雨容器中水量是否滿足實(shí)驗(yàn)要求，保證實(shí)驗(yàn)順利完成。

（2)實(shí)驗(yàn)開始前必須保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)處于無人狀態(tài)，以免發(fā)生意外。

（3)在手動(dòng)操作時(shí)，請認(rèn)真觀察周圍安全無誤后進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作。

（4)進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速加速和減速過程中，需逐級(jí)進(jìn)行，切勿在短時(shí)間內(nèi)快速加速或減速，以免對電機(jī)性能造成影響。

（5)噴雨系統(tǒng)需在電機(jī)低轉(zhuǎn)速下啟動(dòng)，待噴雨穩(wěn)定后，再增加電機(jī)轉(zhuǎn)速，試驗(yàn)結(jié)束后，先降低電機(jī)轉(zhuǎn)速再停止噴雨，防止大雨滴對葉片的損害。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

耐雨蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，耐雨蝕試驗(yàn)前后照片如圖6、圖7所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)前照片F(xiàn)ig. 6 Photos before the experiment

圖7 實(shí)驗(yàn)后照片F(xiàn)ig. 7 Photos after the experiment

表1 耐雨蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Experimental results of rain corrosion resistance

從表1可以看出，隨著從內(nèi)到外試件的線速度增加，試件邊緣平均剝離尺寸隨之增加，平均失光率也增加，且上切面邊緣平均剝離尺寸及平均失光率均大于下切面的，中間試件在620 km/h下，涂層試樣邊緣最終剝離尺寸能滿足小于6.35 mm(0.25 in)指標(biāo)要求。降雨過程對結(jié)構(gòu)造成的影響，主要從兩個(gè)方面進(jìn)行考察。一方面，當(dāng)比較大的雨滴降落在物體的表面時(shí)，會(huì)擊打結(jié)構(gòu)體，造成一定的負(fù)荷；而小雨滴因?yàn)橹亓勘容^小，所以在風(fēng)的作用下可以充斥在物體中，從一定程度上增大了空氣密度。另一方面，下雨過后物體表面會(huì)有一層水，這層水膜就有可能改變了結(jié)構(gòu)的空氣動(dòng)力特性。葉片前緣是葉片的主要切雨部位，高速旋轉(zhuǎn)條件下，夾雜著水霧的氣流及雨滴撞擊對葉片會(huì)產(chǎn)生很大的剪切壓力及沖擊動(dòng)能，侵蝕破壞葉片前緣表面保護(hù)涂料，且試件受到的剪切強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度與線速度增加成正比，試件上切面更容易受到氣流及雨滴的沖刷，沖刷會(huì)造成涂膜表面產(chǎn)生微小缺陷而失光，改性的HDI低聚物與聚酯多元醇形成的涂膜結(jié)構(gòu)，化學(xué)交聯(lián)密度適中，韌性良好，在受到氣流及雨滴沖擊時(shí)，漆膜能較好地吸收和消散撞擊產(chǎn)生的動(dòng)能，減輕雨蝕對涂膜的破壞，進(jìn)而達(dá)到項(xiàng)目指標(biāo)的要求[1-2]。

3 結(jié)語

耐雨蝕試驗(yàn)箱是針對雨滴的高速?zèng)_擊對飛機(jī)機(jī)身外部的涂料和材料表面的耐雨蝕性能而專門研制的新設(shè)備，能較為直觀模擬涂料在飛機(jī)運(yùn)行過程中遇見的雨天情況，開創(chuàng)了國內(nèi)航空涂料耐雨蝕性能的項(xiàng)目檢測，海洋化工研究院有限公司研制的飛機(jī)外部蒙皮涂層經(jīng)試驗(yàn)測試可達(dá)到項(xiàng)目指標(biāo)的要求。