飞机座舱有机玻璃裂纹的原因及预防措施Word文件下载.docx
《飞机座舱有机玻璃裂纹的原因及预防措施Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《飞机座舱有机玻璃裂纹的原因及预防措施Word文件下载.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第1章航空有机玻璃的材质和受力·
1.1航空有机玻璃的材质·
1.2航空有机玻璃的受力·
2
第2章航空有机玻璃裂纹的原因·
2.1装配应力与残余内应力·
3
2.2空中温差引起的应力·
3
第3章航空有机玻璃裂纹预防措施·
3.1维护方面的预防措施·
3.2设计方面的预防措施·
4
3.2.1疲劳裂纹扩展速率试验方法·
3.2.2实验结果及讨论·
7
3.2.3结论·
结束语·
8
参考文献·
9
致谢·
10
中文摘要
航空有机玻璃的主要成分是聚甲基丙烯酸甲酯，另含有增塑剂，具有优良的光学性能，特别是光学畸变及角位移很小，常用于飞机座舱盖玻璃。
从分析航空有机玻璃的材质入手，研究了其产生裂纹的原因及预防措施。
关键词:
航空有机玻璃；
裂纹原因；
预防措施
引言
座舱盖玻璃是飞行员借以观察外界的透明件，又是飞机机体的结构件，其结构的完整性与飞行员的生存环境密切相关，直接影响到飞行安全和训练任务的完成。
从分析航空有机玻璃的材质和受力入手，研究航空有机玻璃产生裂纹的原因，并针对性的提出预防措施。
第1章航空有机玻璃的材质和受力
1.1航空有机玻璃的材质
航空有机玻璃的主要成分是聚甲基丙烯酸甲酯，另含有增塑剂，是以甲基丙烯酸甲酯为主要原料，加入少量助剂，在引发剂作用下，经本体聚合制得的透明板材。
聚甲基丙烯酸甲酯是无色透明的高分子化合物，常用的增塑剂是邻苯二甲酸二丁酯。
航空有机玻璃具有优良的光学、强度、耐热、耐老化、耐紫外线性能，特别是光学畸变及角位移很小，具有良好的透光性，能透过90%以上的阳光，在常温下具有较大的强度；
其抗压、抗冲击及抗弯强度均高于普通有机玻璃，特别是定向板，其抗冲击强度是普通有机玻璃的两倍以上，还具有很高的抗银纹性和抗裂纹扩展性，受震动时不宜碎裂；
耐腐蚀性和绝缘性良好，易成形，用作飞机座舱盖，可防止空中突然爆破。
飞机座舱盖玻璃包括座舱活动盖玻璃和风挡玻璃，按材质可以分为单层有机玻璃和复合玻璃两种。
单层有机玻璃用于座舱活动盖玻璃和侧挡分玻璃，多层复合玻璃一般是由多层无机玻璃，或无机玻璃与有机玻璃用透明胶片层合而成，用于前风挡，具有防鸟撞的功能。
航空有机玻璃的缺点是硬度小，容易划伤；
导热性差，热膨胀系数大；
受到温度。
日光和溶剂等的作用时，性质会变化。
1.2座舱盖玻璃的受力
飞行中，座舱盖玻璃除了受本身的重力及发动机飞行时的惯性离心力之外，其受力主要取决于座舱内外的压力差，座舱外的压力随飞行高度增加而减小，座舱内压力从满足飞行员生理需要来看，始终保持一个大气压力最好。
如果座舱内压力始终保持一个大气压，当飞行高度升高时，座舱内外要产生相当大的压力差。
这样，一个方面座舱结构必须做的很结实，使飞机结构的重量大大增加；
另一方面座舱一旦损坏时，座舱压力会急剧下降，这对飞行员的生理危害很大。
为了保证满足飞行员对体外绝对压力要求，飞机上设置了气密座舱，并通过座舱供气设置把从发动机压气机引来的增压空气经温度自动调节装置调节后将温度适宜的新鲜空气源源不断地输入气密座舱，再有压力调节装置通过控制座舱的放气量，使座舱压力随高度的增高按照一定的规律减小，以满足飞行员对体外据对压力266毫米水银柱的最低要求。
因此，飞行高度越高、座舱内外压力差越大，座舱玻璃的受力也越大。
第2章航空有机玻璃裂纹产生的原因
座舱盖有机玻璃的裂纹，一般是在材料某一部分存在拉伸应力的情况下产生的。
当局部拉伸应力小于材料强度时。
不会产生裂纹；
当局部拉伸应力超过了材料的强度，就会出现裂纹。
为此，要研究座舱盖玻璃裂纹的产生原因，就必须研究座舱盖玻璃的受力情况。
座舱盖玻璃在使用过程中可能承受一下几种应力：
一是座舱内外静压力差引起的应力；
二是局部空气动力压差引起的应力；
三是空中温差引起的应力；
四是装配应力和残余内应力。
其中前三者是座舱盖玻璃在空中使用时产生的主要应力；
但是后一种应力又往往是造成座舱玻璃裂纹的直接原因。
下面我们逐一来进行分析。
2.1装配应力与残余内应力
活动盖玻璃的裂纹，有时与装配应力和残余应力有关。
如玻璃与骨架贴合不好，或者螺栓孔不正，装配时强行安装，都会造成装配应力。
虽然热处理，但应力并未完全消除，就成残余应力。
这种应力一般在开锁把手附近和拐角处较大。
因为该处形状复杂不易贴合；
骨架的刚度较大，如果安装不注意，装配应力可能达到相当大的数值，容易产生裂纹。
2.2空中温差引起的应力
由于有机玻璃导热性差，热膨胀系数大，当温度变化时，容易产生较大的温差应力。
在飞行速度不大的情况下，有机玻璃外表面温度接近于大气温度，这个温度在同温层以下随飞行高度的增加而降低。
玻璃内表面由于座舱加温，温度较高，从而形成玻璃内外表面温度差。
温度高的内表面，分子活动能力加剧，产生较大的膨胀；
而温度低的外表面，分子活动能力小，则产生较小的膨胀。
于是形成一个要膨胀，一个则要限制其膨胀，结果使玻璃外表面承受拉伸应力，即温差应力。
这种温差应力在座舱玻璃上的分布基本上是均匀的。
第3章航空有机玻璃裂纹预防措施
3.1维护方面的预防措施
在日常维护工作中，最重要的是采取有效措施避免或减少航空有机玻璃产生裂纹或银纹；
及时掌握银纹的深度参数，不要超过容限规定；
发现槽孔或其他部位裂纹超过规定及时更换新品。
具体预防措施做好以下几个方面：
（1）飞机停放时，要经常盖好座舱盖蒙布，防止阳光直接照射使座舱盖产生银纹或变形，影响可视度。
（2）在雨雪天气后，要及时清扫座舱盖上的雨水和积雪，并打开活动舱盖，保持内外通风。
（3）在日常维护工作中，要避免如硝基漆、脱漆水、橡胶水等有机溶剂或硬质工具接触有机玻璃，以免侵蚀或划伤。
（4）擦拭航空有机玻璃，要使用专用的清洁剂和质地柔软的绒布，并按同方向轻轻拂去灰尘，不要用力来回擦拭。
（5）座舱盖玻璃的固定螺钉，不得随意拧紧，以免应力集中导致玻璃裂纹。
（6）开关座舱盖动作一定要柔和（冬季低温条件下更应注意），不要挤压，敲击座舱盖玻璃，防止因受到外力产生裂纹。
（7）座舱盖有机玻璃一般不允许存在有裂纹。
当发现玻璃上有轻微裂纹时，使用部队要根据使用条件、玻璃牌号以及机型，认真分析，判断裂纹产生的原因，限定使用条件，并观察裂纹的发展状况，确定处理意见。
当裂纹较大时，要停飞进行分析鉴定，危及飞行安全时，要及时更换玻璃。
3.2航空有机玻璃设计方面的预防措施
近年来，飞机座舱有机玻璃在使用过程中有时出现疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹等，这就为我们提出了研究座舱玻璃裂纹和裂纹扩展特性的问题。
过去飞机座舱玻璃采用静强度设计和疲劳设计，这两种设计思想没有考虑裂纹存在。
鉴于飞机座舱玻璃在使用中出现裂纹的事实，考虑损伤容限设计是必要的。
裂纹的存在并不一定都是危险的，这要看裂纹所处的位置、方向、长度、裂纹尖端应力状态以及实际飞行中的应力、温度等条件，综合起来才能判断裂纹的危险程度。
因此，研究座舱玻璃裂纹扩展特性和裂纹扩展试验方法是当前应该解决的问题。
3.2.1 疲劳裂纹扩展速率试验方法
（1）采用的公式
有机玻璃在室温条件下是脆性材料，应力与应变成正比，因此，可以用线弹性断裂力学理论和方法进行有机玻璃的疲劳裂纹扩展性能试验和研究。
国内外普遍采用，在工程设计寿命估算中应用较广的是Paris公式:
da/dN=C（ΔK）n
对国产的YB-3和DYB-3航空有机玻璃进行了疲劳裂纹扩展试验，试验在室温下进行，结果如图1和图2。
同时，进行了水介质对有机玻璃疲劳裂纹扩展速率影响试验。
试验过程:
所选试样和试验方法不变，在试验引发出裂纹后，即将水用脱脂棉浸入到裂纹内部，不断浸水（很少量）使裂纹尖端总保持有水的作用。
结果YB-3有机玻璃的疲劳裂纹扩展速率大大减慢，而DYB-3有机玻璃则加快了裂纹扩展速率，见图3和图4。
定向有机玻璃虽然具有许多优越的性能，然而在水介质的作用下却加速疲劳裂纹扩展，因此，在采用定向有机玻璃时，应特别注意使用环境中水对疲劳裂纹扩展性能的影响。
da/dN=C（ΔK）n
（1）
式中C和n是材料常数，由实验确定，da/dN是由实验得到的数据画出的a-N曲线上的斜率，即a-N曲线各点上求导数。
对
（1）式取对数得到：
logda/dN=logc＋nlog（ΔK）
（2）
C是双对数坐标上直线的截距，n是直线的斜率，由于C和n是与材料有关的常数，所以要用试验确定。
（2） 试样和预制裂纹
采用中心开孔宽度为100mm、长度为300mm和厚度为10mm的CCT试样，中心孔φ6两侧各开2mm的槽，用疲劳试验机引发裂纹，可以得到满意的结果。
（3） CCT试样的ΔK计算式
式中ΔP为应力增量；
W为试样宽度；
B为试样厚度；
a为裂纹长度。
（4） 试验过程
（1）在设计的频率和应力下引发裂纹，然后在规定的应力和频率下进行疲劳裂纹扩展试验，记录裂纹长度a及对应的循环次数N；
（2）用试验得到的a，绘制a-N曲线；
（3）计算da/dN和ΔK值，绘制da/dN-ΔK曲线；
（4）对da/dN和ΔK取对数后，绘制曲线，计算出直线的截距C和斜率n，并检验线性相关性。
图1 YB-3有机玻璃da/dN-ΔK曲线
Fig.1 da/dN-ΔKcurveofYB-3PMMA
图2 DYB-3有机玻璃da/dN-ΔK曲线
Fig.2 da/dN-ΔKcurveofDYB-3PMMA
图3 浸水YB-3有机玻璃da/dN-ΔK曲线
Fig.3 da/dN-ΔKcurveofYB-3PMMA
withwaterimmersion
图4 浸水DYB-3有机玻璃da/dN-ΔK曲线
Fig.4 da/dN-ΔKcurveofDYB-3PMMA
3.2.2 试验结果及讨论
飞机座舱玻璃在使用中不可避免地受到水的浸蚀。
试验结果表明，水使YB-3有机
升级会员 