[发明专利]一种材料表面动态成冰粘附力测定方法及其装置

说明书

本发明公开了一种材料表面动态成冰粘附力测定方法及其装置，目的在于解决在进行成冰粘附强度测定时，静态成冰法与实际作业环境结冰的结构、强度相差很大，而采用动态成冰法进行测量时，力的作用面比冰粘附面积小很多，由于冰本就十分脆弱，很容易还未推动就破碎，会出现无法测量的问题。该装置包括电机、悬臂、转速测定装置、转速显示器、高速摄像机，悬臂的两端分别设置有连接件。本发明在测试时保证了动态结冰的完整性，既满足了对真实结冰的仿真度要求，又能满足对结冰试件强度保护的要求。同时，本发明的测量装置构思巧妙，设计合理，结构简单，易于维护。经实际测试，本发明能够满足动态成冰粘附力测定需求，测定结果准确，可重复性好。

技术领域

本发明涉及材料表面冰粘附力测定领域，具体为一种材料表面动态成冰粘附力测定方法及其装置。本发明提出一种测量材料表面冰层粘附力的测试方法，及用于该方法的装置，其能够用于测试评价在结冰风洞中材料表面结冰的粘附强度。

背景技术

当飞机在低于结冰温度的高空飞行时，其表面产生的结冰将破坏周边气流流场的平顺度，在增加阻力的同时，显著降低气流对机翼提供的升力，对飞行安全构成极大威胁。

风力机在寒冷气候环境下运行时，如果遇到含有过冷水滴的气流，或遭遇雨雪天气，叶片、轮毂、机舱、塔架、风速风向仪等部件表面会发生结冰现象。风机桨叶表面结冰会造成气体动力学外形的改变，进而导致机组运行效率降低，输出功率大幅减小，并导致电网的稳定性受到很大影响。同时，不均匀的结冰还会导致转子的失衡，造成系统振动，严重时甚至可能发生桨叶疲劳断裂的事故，对周围区域公共安全构成严重威胁。

为了应对结冰问题，飞机、风力发电机往往需要耗费大量的能源在防除冰系统上，这导致用于动力部分的能源受到一定的限制。由于现阶段对冰粘附机理的研究还不全面，为保证系统运行安全性，防除冰系统往往会统一按照最大功率进行防除冰作业，这无疑导致了大量的能源浪费。因此，需要对动态环境所成冰粘附强度有一定了解，以设计具备足够性能且经济的防除冰控制系统。

面对产业的这种需求，现有的研究主要采用两种主流测量方案：(1)静态成冰，成冰装置的形状为倒立圆台，其通过由外壳部分向冰块侧面传递的粘附力与压力来使冰脱离；(2)动态成冰，在绕轴旋转圆柱的表面结冰，使用大一圈的套筒推动表面的冰层。其中，静态成冰法只能测量静态环境的结冰，与实际作业环境结冰的结构、强度相差很大；而采用动态成冰法进行测量时，力的作用面比冰粘附面积小很多，由于冰本就十分脆弱，很容易还未推动就破碎，从而导致无法测量。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对在进行成冰粘附强度测定时，静态成冰法与实际作业环境结冰的结构、强度相差很大，而采用动态成冰法进行测量时，力的作用面比冰粘附面积小很多，由于冰本就十分脆弱，很容易还未推动就破碎，会出现无法测量的问题，提供一种材料表面动态成冰粘附力测定方法及其装置。针对现有测量设备的缺陷，本发明提出了一种测量冰与材料表面粘附力的实验装置。本发明在测试时保证了动态结冰的完整性，既满足了对真实结冰的仿真度要求，又能满足对结冰试件强度保护的要求。同时，本发明的测量装置构思巧妙，设计合理，结构简单，易于维护。经实际测试，本发明能够满足动态成冰粘附力测定需求，测定结果准确，可重复性好。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种材料表面动态成冰粘附力测定方法，包括如下步骤：

(1)分别以待测定材料制作待测试件、配重块，所述待测试件包括连接部、用于结冰粘附的结冰部，所述结冰部设置在连接部上，所述连接部上设置有螺纹连接孔；

(2)测定待测试件的质量后，将待测试件放入结冰风洞中，进行结冰模拟；

(3)当待测试件结冰完成后，称取粘附冰的待测试件的质量，计算得到冰的质量m；