兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 231200-.doi: 10.12382/bgxb.2023.1200
胡俊军1,2, 王守涛1,2, 孙颖1,2,*(), 崔艳超3, 张宏亮3, 向卫宏1,2, 陈利1,2
收稿日期:
2023-12-20
上线日期:
2024-03-14
通讯作者:
基金资助:
HU Junjun1,2, WANG Shoutao1,2, SUN Ying1,2,*(), CUI Yanchao3, ZHANG Hongliang3, XIANG Weihong1,2, CHEN Li1,2
Received:
2023-12-20
Online:
2024-03-14
摘要:
飞机机翼和发动机进气道的结冰导致飞行安全事故频发。针对飞机在寒冷气候下飞行会造成机翼和发动机进气道结冰的问题,开发一种可用于飞机防/除冰的电加热复合材料用增强织物。基于定制纤维铺放(Tailored Fiber Placement,TFP)技术,设计制备镍铬合金丝作为电热元件、玻纤平纹织物作为基底、涤纶线作为面线和底线的电加热织物。通过拉伸实验研究针迹步长、面线张力和布线速度等TFP工艺参数对电加热织物经向和纬向拉伸性能的影响,选择出最优工艺参数。以此参数制备出3种电热元件排列密度电加热织物,同时对其在不同电压下的电热性能进行评价。拉伸性能和电热性能测试结果表明:基于TFP技术制备的镍铬合金丝电加热织物经向和纬向拉伸强度保留率最高可达98.34%和95.71%;3种电加热织物35s时均可达到最高平衡温度,当施加电压不变时,电热元件排列密度越大,织物最高平衡温度越高;所得研究结果可为飞机防/除冰用电热复合材料提供增强织物方案,对于飞机防/除冰用材料的研制具有重要意义。
中图分类号:
胡俊军, 王守涛, 孙颖, 崔艳超, 张宏亮, 向卫宏, 陈利. 飞机防/除冰复合材料用电加热织物力学性能和电加热性能研究[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231200-.
HU Junjun, WANG Shoutao, SUN Ying, CUI Yanchao, ZHANG Hongliang, XIANG Weihong, CHEN Li. Mechanical and Electrical Heating Properties of Electrically Heated Fabric for Aircraft Anti-icing and De-icing Composites[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(1): 231200-.
标称值与实测值 | 厚度/mm | 经密/ (根·cm-1) | 纬密/ (根·cm-1) | 面密度/ (g·m-2) | 纵向拉伸强度/ MPa | 弹性模量/ MPa |
---|---|---|---|---|---|---|
标称值 | 0.18 | 19 | 15 | 168.0 | 176.50 | 55.8 |
实测值 | 0.19±0.02 | 18±2 | 13±2 | 165.0±5.0 | 167.0±10.00 | 54.93±5.00 |
表1 玻纤平纹织物性能参数
Table 1 Property parameters of glass fiber plain fabric
标称值与实测值 | 厚度/mm | 经密/ (根·cm-1) | 纬密/ (根·cm-1) | 面密度/ (g·m-2) | 纵向拉伸强度/ MPa | 弹性模量/ MPa |
---|---|---|---|---|---|---|
标称值 | 0.18 | 19 | 15 | 168.0 | 176.50 | 55.8 |
实测值 | 0.19±0.02 | 18±2 | 13±2 | 165.0±5.0 | 167.0±10.00 | 54.93±5.00 |
标称值和 实测值 | 线密度/ D | 纵向拉伸强度/ MPa | 伸长率/ % | 弹性模量/ MPa |
---|---|---|---|---|
标称值 | 120 | 318.50 | 11.32 | 28.14 |
实测值 | 321.48±5.00 | 10.98±2.00 | 29.28±4.00 |
表2 涤纶线性能参数
Table 2 Property parameters of polyester wire
标称值和 实测值 | 线密度/ D | 纵向拉伸强度/ MPa | 伸长率/ % | 弹性模量/ MPa |
---|---|---|---|---|
标称值 | 120 | 318.50 | 11.32 | 28.14 |
实测值 | 321.48±5.00 | 10.98±2.00 | 29.28±4.00 |
标称值 和实 测值 | 细度/ mm | 电阻率/ (Ω·m-1) | 伸长率/ % | 纵向拉 伸强度/ MPa | 弹性 模量/ MPa |
---|---|---|---|---|---|
标称值 | 0.08 | 265.00 | 26.76 | 725.00 | 27.09 |
实测值 | 0.08 | 230.20± 30.00 | 27.00± 3.00 | 723.42± 3.00 | 26.79± 2.00 |
表3 镍铬合金丝性能参数
Table 3 Property parameters of Ni-Cr alloy wire
标称值 和实 测值 | 细度/ mm | 电阻率/ (Ω·m-1) | 伸长率/ % | 纵向拉 伸强度/ MPa | 弹性 模量/ MPa |
---|---|---|---|---|---|
标称值 | 0.08 | 265.00 | 26.76 | 725.00 | 27.09 |
实测值 | 0.08 | 230.20± 30.00 | 27.00± 3.00 | 723.42± 3.00 | 26.79± 2.00 |
试样 | 针迹步长/ mm | 面线张力/ cN | 布线速度/ (r·min-1) |
---|---|---|---|
P1 | 2.5 | 120 | 350 |
P2 | 2.5 | 120 | 450 |
P3 | 2.5 | 150 | 350 |
P4 | 2.5 | 150 | 450 |
I1 | 3.5 | 120 | 350 |
I2 | 3.5 | 120 | 450 |
I3 | 3.5 | 150 | 350 |
I4 | 3.5 | 150 | 450 |
表4 TFP工艺参数
Table 4 Process parameters of TFP
试样 | 针迹步长/ mm | 面线张力/ cN | 布线速度/ (r·min-1) |
---|---|---|---|
P1 | 2.5 | 120 | 350 |
P2 | 2.5 | 120 | 450 |
P3 | 2.5 | 150 | 350 |
P4 | 2.5 | 150 | 450 |
I1 | 3.5 | 120 | 350 |
I2 | 3.5 | 120 | 450 |
I3 | 3.5 | 150 | 350 |
I4 | 3.5 | 150 | 450 |
试样 | 断裂强力/N | 断裂伸长/mm | 断裂伸长率/% | 拉伸强度保留率/% | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
经向 | 纬向 | 经向 | 纬向 | 经向 | 纬向 | 经向 | 纬向 | |
R0 | 1503.14 | 1287.76 | 6.071 | 3.762 | 3.04 | 1.88 | ||
P1 | 1208.36 | 996.72 | 6.037 | 4.174 | 3.02 | 2.01 | 80.39 | 77.40 |
P2 | 1249.75 | 1040.34 | 6.587 | 3.817 | 3.29 | 1.91 | 83.14 | 80.79 |
P3 | 1105.29 | 902.37 | 6.125 | 3.932 | 3.06 | 1.97 | 75.53 | 70.07 |
P4 | 1157.83 | 945.28 | 6.236 | 3.729 | 3.18 | 1.86 | 77.03 | 73.40 |
I1 | 1435.28 | 1161.35 | 7.082 | 4.473 | 3.54 | 2.23 | 95.49 | 90.18 |
I2 | 1478.14 | 1232.46 | 6.290 | 4.119 | 3.15 | 2.06 | 98.34 | 95.71 |
I3 | 1342.68 | 1073.55 | 6.081 | 3.921 | 3.04 | 1.96 | 89.33 | 83.37 |
I4 | 1390.18 | 1113.72 | 5.916 | 3.877 | 2.96 | 1.94 | 92.48 | 86.49 |
表5 织物拉伸性能参数值
Table 5 Values of fabric tensile property parameters
试样 | 断裂强力/N | 断裂伸长/mm | 断裂伸长率/% | 拉伸强度保留率/% | ||||
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经向 | 纬向 | 经向 | 纬向 | 经向 | 纬向 | 经向 | 纬向 | |
R0 | 1503.14 | 1287.76 | 6.071 | 3.762 | 3.04 | 1.88 | ||
P1 | 1208.36 | 996.72 | 6.037 | 4.174 | 3.02 | 2.01 | 80.39 | 77.40 |
P2 | 1249.75 | 1040.34 | 6.587 | 3.817 | 3.29 | 1.91 | 83.14 | 80.79 |
P3 | 1105.29 | 902.37 | 6.125 | 3.932 | 3.06 | 1.97 | 75.53 | 70.07 |
P4 | 1157.83 | 945.28 | 6.236 | 3.729 | 3.18 | 1.86 | 77.03 | 73.40 |
I1 | 1435.28 | 1161.35 | 7.082 | 4.473 | 3.54 | 2.23 | 95.49 | 90.18 |
I2 | 1478.14 | 1232.46 | 6.290 | 4.119 | 3.15 | 2.06 | 98.34 | 95.71 |
I3 | 1342.68 | 1073.55 | 6.081 | 3.921 | 3.04 | 1.96 | 89.33 | 83.37 |
I4 | 1390.18 | 1113.72 | 5.916 | 3.877 | 2.96 | 1.94 | 92.48 | 86.49 |
试样 | 实际 电流/ A | 电阻/ Ω | 电热转 换效率/ (W·℃-1) | 35s最高 平衡 温度/℃ | 升温 速率/ (℃·s-1) |
---|---|---|---|---|---|
E3 | 1.14 | 8.70 | 0.202 | 57.20 | 0.97 |
E4 | 1.61 | 5.40 | 0.221 | 66.80 | 1.25 |
E5 | 2.43 | 3.50 | 0.241 | 83.80 | 1.73 |
表6 6V电压下3种试样电热性能参数
Table 6 Electrothermal property parameters of 3 types of samples under 6V
试样 | 实际 电流/ A | 电阻/ Ω | 电热转 换效率/ (W·℃-1) | 35s最高 平衡 温度/℃ | 升温 速率/ (℃·s-1) |
---|---|---|---|---|---|
E3 | 1.14 | 8.70 | 0.202 | 57.20 | 0.97 |
E4 | 1.61 | 5.40 | 0.221 | 66.80 | 1.25 |
E5 | 2.43 | 3.50 | 0.241 | 83.80 | 1.73 |
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