雨滴谱仪在
飞行器蒙皮涂层雨蚀监测系统中的应用
当物体(超音速飞机、导弹、风力发电机叶轮、螺旋桨叶片)高速通过雨区时,表面遭受雨滴冲击而产生损伤的现象称为雨蚀。雨蚀引起的损伤可以分为结构强度损伤和功能损伤。通常,雨蚀损伤在初期并不明显,但会引起材料强度的退化、物理或力学性能降低,甚至产生局部剥落等现象,影响结构的功能特性,严重时还会显著降低结构的强度。
激光雨滴谱仪是专业测量降雨粒径和速度的光学仪器,可准确监测雨蚀环境,为进一步评估雨蚀影响提供理论帮助。
雨滴谱仪在
当物体(超音速飞机、导弹、风力发电机叶轮、螺旋桨叶片)高速通过雨区时,表面遭受雨滴冲击而产生损伤的现象称为雨蚀。雨蚀引起的损伤可以分为结构强度损伤和功能损伤。通常,雨蚀损伤在初期并不明显,但会引起材料强度的退化、物理或力学性能降低,甚至产生局部剥落等现象,影响结构的功能特性,严重时还会显著降低结构的强度。
激光雨滴谱仪是专业测量降雨粒径和速度的光学仪器,可准确监测雨蚀环境,为进一步评估雨蚀影响提供理论帮助。
粒径的测量
当激光束里没有降水粒子降落穿过时,接收器的输出电压最大。降水粒子穿过水平光束 时以其相应的直径遮挡部分光束,因而降低了输出电压,从而可以确定降水粒子的直径大小。
降水粒子下降速度的测量
降水粒子的下降速度是根据电子信号持续的时间推导出来的。电子信号的持续时间为降 水粒子开始进入光束到完全离开光束所经历的时间。
监测参数 | 降水滴谱、降水类型、降水动能、降水强度、雷达反射率等 |
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监测原理 | 红外激光透射 |
电源输入 | DC12/24V |
数据接口 | RS485/RS232 |
随着飞行器飞行速度的逐步提高,飞行器外部整流罩、挡风玻璃、机尾翼前缘等结构的涂层在长期服役过程中会受到严重的雨滴冲击,导致涂层出现气泡、开裂、软化、脱落、变色、粉化等现象。飞行器蒙皮涂层耐雨蚀性能是考量其主要功能的指标之一,而涂层的失效很可能会导致飞行器质量安全事故,如飞机油箱涂层失效,会导致油箱渗油;进气道功能涂层的脱落会造成发动机受异物冲击损坏。
同时,侵蚀后的表面会严重影响飞机机翼的层流效应,导致层流转向湍流,会对飞机空气动力学性能产生严重的负面影响,从而增加燃料消耗。通过研究 Ti-6Al-4V 材料的液滴侵蚀行为和材料损伤机理。认为冲击速度越高,侵蚀起始时间越快,最大侵蚀速率越大。利用扫描电镜观测侵蚀损伤形成的两个阶段发现:早期主要形貌为微裂纹、粗裂缝和不规则形状的独立坑蚀;而在液滴侵蚀的后期,材料的损伤形貌主要以剥离为主,是由水力渗透造成的。同时研究了商用涡轮叶片聚氨酯基面漆在旋转臂雨蚀试验中四种液滴直径对雨蚀结果的影响,建立了液滴尺寸与面漆寿命之间的经验模型,验证了雨滴直径是影响叶片损伤程度的主要参数之一。
通过激光雨滴谱仪,可以准确测量降雨粒径大小和速度分布,对分析降雨过程及雨蚀对飞行器稳定飞行的影响尤为重要。