Исследование повреждений оргстекла летательных аппаратов в условиях высокоскоростного дождевого каплеудара

Авиационная и ракетно-космическая техника


DOI: 10.34759/vst-2022-3-65-76

Авторы

Ша М. 1*, Сунь И. 2**

1. Северо-Западный политехнический университет, Западная дорога дружбы, 127, Сиань, провинция Шэньси, 710072 Китайская Народная Республика
2. Ханчжоуский технический колледж Сяошань, Факультет машиностроения, г. Ханчжоу, провинция Чже Цзян, Китайская Народная Республика

*e-mail: shamg2020@nwpu.edu.cn
**e-mail: 544974488qq.com

Аннотация

При полете летательных аппаратов (ЛА) через зону дождя на высокой скорости лобовое стекло и другие поверхности легко разрушаются из-за дождевой каплеударной эрозии. В статье представлены результаты исследования воздействия струйного удара на ориентированное и неориентированное оргстекло. При испытаниях использовалась одноструйная ударная платформа на основе газовой пушки. Результаты показывают, что при воздействии высокоскоростного струйного удара у ориентированного оргстекла в основном появляются повреждения в виде подповерхностных расслоений, а у неориентированного оргстекла – поверхностные повреждения. При постоянном увеличении скорости удара на двух образцах оргстекла появилось поверхностное отслаивание, причем отслаивание ориентированного оргстекла было более серьезным. Наблюдение за распространением волны напряжения и расширением повреждения внутри образца показало, что в подповерхностном расслоении ориентированного оргстекла преобладают волны сдвига.

Ключевые слова:

оргстекло, удар жидкость–твердое тело, водяная струя, дождевое каплеударное повреждение, эрозия

Библиографический список

  1. Cоad E.J., Pickles C.S.J., Seward C.R. et al. The Erosion Resistance of Infrared Transрarent Materials // Proceedings of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Еngineering Sciences. 1998. Vol. 454. No. 1968, рр. 213-238. DOI: 10.1098/ rsрa.1998.0155

  2. Cоad E.J., Pickles C.S.J., Jilbert G.H., Field J.E. Aerospace erosion of diamond and diamond coatings // Diamond and Related Materials. 1996. Vol. 5. No. 6-8, рр. 640-643. DOI: 10.1016/0925- 9635(95)00403-3

  3. Seward C.R., Cоad E.J., Pickles C.S.J., Field J.E. The liquid impact resistance of a range of IК-transparent materials // Wear. 1995. Vol. 186–187. Part 2, рр. 375-383. DOI: 10.1016/0043-1648(95)07150-4

  4. Seward C.R., Pickles C.S.J., Marrah R., Field J.E. Rain erosion data on window and dome materials // Window and Dome Technologies and Materials III. 1992.Vol. 1760, рр. 280-290. DOI: 10.1117/12.130805

  5. Adler W.F., Hooker S.V. Water drop impact damage in zinc sulfide // Wear. 1978.Vol. 48. No. 1, pp. 103- 119. DOI: 10.1016/0043-1648(78)90141-2

  6. Fyall A.A. Practical Aspects of Rain Erosion of Aircraft and Missiles // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 1966. Vol. 260. No. 1110, pp. 161- 167. URL: https://www.jstor.org/stable/73547

  7. Field J.E., Hand R.J., Pickles C.J. Strength and Rain Erosion Studies of I.R. Materials // Window and Dome Technologies and Materials. 1989.Vol. 1112, pp. 306-315. DOI: 10.1117/12.960789

  8. Wang Z.Y., Wang Y.Q., Du X.X. et al. Mechanical behavior and engineering application of PMMA // The National Symposium on Structural Engineering. 2015 (in Chinese).

  9. Deng X.Q., Li Z.Q., Zhao L.M. et al. A review on mechanical behaviour of PMMA // Mechanics in Engineering. 2014. Vol. 36. No. 5, pp. 540-550 (in Chinese).

  10. Guo W.G., Shi F.F. Deformation and failure behavior of MDYB-3 oriented PMMA glass under different loading conditions // Acta Aeronautica et Astronautica Sinica. 2008. Vol. 29. No. 06, pp. 112-120 (in Chinese).

  11. Qin R.X., Ou Y.C., Zhang B.J. et al. The contrast of competitive properties between YB-3 and DYB-3 aviation sheet // China building materials science & technology. 2011. Vol. 01, pp. 29-31 (in Chinese).

  12. Zhang Z.L. Design theory and application for transparency of aircraft canopy and windshield // Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2005 (in Chinese).

  13. Field J.E. ELSI conference: invited lecture: Liquid impact: theory, experiment, applications // Wear. 1999. Vol. 233–235, pp. 1-12. DOI: 10.1016/S0043-1648(99)00189-1

  14. Adler W.F., Boland P.L. Multiparticle supersonic impact test program // 34th Annual International Technical Symposium on Optical and Optoelectronic Applied Science and Engineering (1990, San Diego, CA, USA). 1990. Vol. 1326, pp. 268-279.

  15. Tobin E.F., Young T.M., Raps D., Rohr O. Comparison of liquid impingement results from whirling arm and waterjet rain erosion test facilities // Wear. 2011.Vol. 271. No. 9-10, pp. 2625-2631. DOI: 10.1016/ j.wear.2011.02.023

  16. Adler W.F. Rain impact retrospective and vision for the future // Wear. 1999. Vol. 233–235, pp. 25-38. DOI: 10.1016/S0043-1648(99)00191-X

  17. Obara T., Bourne N.K., Field J.E. Liquid-jet impact on liquid and solid surfaces // Wear. 1995. Vol. 186–187. Part 2, pp. 388-394. DOI: 10.1016/0043-1648(95)07187-3

  18. Bowden F.P., Brunton J.H. The Deformation of Solids by Liquid Impact at Supersonic Speeds // Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 1961. Vol. 263.No. 1315, pp. 433-450. URL: https://www.jstor.org/stable/2414324

  19. Bourne N.K., Obara T., Field J.E. High-speed photography and stress gauge studies of jet impact upon surfaces // Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 1997. Vol. 355. No. 1724, pp.607-623. DOI: 10.1098/rsta.1997.0028

  20. Shi H.H., Field J.E. Stress wave propagation in solid material under high velocity liquid impingement // Scientia Sinica Physica Mechanica Astronomica. 2004.Vol. 34. No. 5, pp. 577-590 (in Chinese).

  21. Bowden F.P., Field J.E. The brittle fracture of solids by liquid impact, by solid impact, and by shock // Proceedings of the Royal Society A. Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 1964. Vol. 282. No. 1390, pp. 331–352. DOI: 10.1098/rspa.1964.0236

  22. Grinspan A.S., Gnanamoorthy R. Impact force of low velocity liquid droplets measured using piezoelectric PVDF film // Colloids & Surfaces A: Physicochemical & Engineering Aspects. 2010. Vol. 356. No. 1-3, pp. 162-168. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2010.01.005

  23. Lesser M.B., Field J.E. The Impact of Compressible Liquids // Annual Review of Fluid Mechanics. 1983. Vol. 15, pp. 97-122. DOI: 10.1146/annurev.fl.15.010183.000525

  24. Heymann F.J. On the Shock Wave Velocity and Impact Pressure in High-Speed Liquid-Solid Impact // Journal of Fluids Engineering. 1968. Vol. 90. No. 3, pp. 400-402. DOI: 10.1115/1.3605114

  25. Lu Y., Huang F., Liu X., Ao X. On the failure pattern of sandstone impacted by high-velocity water jet // International Journal of Impact Engineering. 2015.Vol. 76. No. 2, pp. 67-74. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2014.09.008

  26. Meng Y., Yi W.J. Design and calibration of PVDF stress gauge and its application in the impact test of concrete // Journal of Hunan University (Natural sciences). 2009. Vol. 36. No. 12, pp. 1-5 (in Chinese).

  27. Chen J. Analysis and improvement of test method for laminar shearing strength of stretched acrylic // Journal of Gansu Lianhe University (Natural Sciences). 2009.Vol. 23. No. 6, pp. 29-33 (in Chinese).

  28. Fan J.J., Zhang W.F., Chen X.W. Investigation of tensile fracture behavior of directional PMMA // Journal of Aeronautical Materials. 2006.Vol. 26. No. 5, pp. 106-108 (in Chinese).

  29. Gujba A.K., Hackel L., Kevorkov D., Medraj M. Water droplet erosion behaviour of Ti–6Al–4V and mechanisms of material damage at the early and advanced stages // Wear. 2016. Vol. 358-359, pp. 109- 122. DOI: 10.1016/j.wear.2016.04.008

  30. Wang Y.C., Chen Y.W. Application of piezoelectric PVDF film to the measurement of impulsive forces generated by cavitation bubble collapse near a solid boundary // Experimental Thermal & Fluid Science. 2008, Vol. 32. No. 2, pp. 403-414. DOI: 10.1016/ j.expthermflusci.2007.05.003

  31. Zhang R., Zhang B., Lv Q. et al. Effects of droplet shape on impact force of low-speed droplets colliding with solid surface. Experiments in Fluids, 2019, vol. 60, no. 64.DOI: 10.1007/s00348-019-2712-7

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024