飞机迎风面蒙皮涂层高动态雨蚀损伤评价和机理

沙明工1,2，惠志强1，李雨桐1，孙莹3，李明4,5，魏政6，Babaytsev Arseny3，Fedotenkov Gregory3，Mednikov Aleksei7，Tkhabisimov Aleksandr7，李玉龙1,2，陈建军8（1.西北工业大学 民航学院；2.西北工业大学太仓长三角研究院；3.莫斯科航空学院国立研究大学；4.航空综合环境航空科技重点实验室；5.中国航空综合技术研究所；6.中航工业集团公司济南特种结构研究所；7.国立研究大学莫斯科动能学院；8.杭州萧山技师学院）

摘要：目的飞机在雨中高速飞行时，机体迎风面蒙皮涂层受到雨滴冲击作用而产生损伤，出现表面开裂、剥离等典型损伤，会降低结构的安全性和功能性，因此需要对蒙皮涂层的雨蚀损伤机理进行深入研究。方法利用一级轻气炮搭建的单射流试验平台和水切割装置改装的多射流试验平台模拟雨滴冲击。针对以碳纤维T300 编制材料为基体，表面涂有3 种同等厚度的聚氨酯涂层材料，在不同试验条件下对材料进行雨蚀试验研究。结果在 617 m/s 冲击速度条件下，以0°、15°、30°的冲击角度以及在15°冲击角度，430、490 和555 m/s 的冲击速度下对三种涂层材料进行单射流试验；对三种涂层材料在 350、370 和420 m/s 的冲击速度下，进行1 000 次冲击的多喷射流试验。结果表明：随着冲击角度和速度的变化，三种涂层材料的损伤趋势是一致的；典型损伤形貌相同，即当水锤压力低于涂层材料的屈服强度极限时，损伤区域由环形损伤包围中央未损伤区域构成；当水锤压力超过材料的屈服强度极限时，水锤压力结合侧向射流会造成1~2 倍液滴直径的损伤区域。多射流与单射流的试验结果具有相似性。结论通过对比单射流与多射流试验下涂层材料的典型损伤形貌可知，材料的雨蚀损伤机理与自身的力学性能关系密切。根据三种涂层材料在不同试验参数下的损伤结果，材料1 性能最佳，在多种试验条件下均有良好的表现，能够满足飞机在不同环境下的飞行需求。

关键词：液固冲击；雨蚀损伤；水射流；冲击动力学；复合材料；涂层