外部飞机照明用透明透镜材料的磨损

By | 2020年7月24日

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  关于飞机制作商以及经营商而言,LED技巧无望放弃飞机运转更长期,同时升高保护老本并升高功耗。因为消弭了常常改换烧坏的白炽灯胆的需求,构建牢靠的内部照明零碎的首要性,即便继续暴露于颗粒磨损,热以及化学应力,仍能放弃平安的光输入程度关于操作者完成LED技巧的益处。

  航行员正在顽劣天色前提下寓目以及寓目的才能,特地是正在忙碌的机场以及左近,对确保大众平安至关首要。内部飞机照明是一个要害组件,有助于提供须要的可视性。飞机照明遵照陆地使用中应用的普通常规,以协助辨认飞机之间的定位,并有几个独自的照明零碎,以协助辨认进程,包罗地位以及防撞灯,正在某些状况下,结冰,着陆以及出租车灯[1,2]
,3,4]几种SAE规范[3,4,5]分明地确定了防撞以及地位灯的光输入要求。

  为了确保短命命以及牢靠的功能,用于飞机照明使用的镜头盖必需提供分歧的光传输,正在暴露于顽劣前提下时资料升高起码。正在这项钻研中,磨损测试是正在三种没有同的喷气式飞机镜片资料,热强化硼硅酸盐玻璃(Kopp
9000),硬涂层聚碳酸酯(模克隆AR)以及航空级丙烯酸树脂(Plexiglas II
UVA)上进行的,以证实其实用性实用于极其的航空环境。Taber磨损以及高速微粒测试后果标明,与塑料相比,玻璃具备光鲜明显的耐磨性劣势。与玻璃相比,正在聚碳酸酯中察看到重大的传输丧失,并远远超越了产业起源[实践上或以为可承受的]传输损耗[6]。正在照明灯具设计以及保护进程中,耐磨性,即内部镜片可以接受这些顽劣环境的才能必需是高优先级,不然正在使用中无奈完成LED技巧的潜正在老本节流。

  镜片资料

  内部飞机照明安装应用通明镜头来笼罩以及维护光源,最多见的镜头资料是玻璃或塑料。玻璃透镜通常由硼硅酸盐或钠钙硅酸盐组合物制成,而且能够退火或热强化(回火)状态提供。塑料镜片最常由聚碳酸酯或丙烯酸制成,有或不硬涂层,以进步耐用性[6]。表I提供了这三种资料的总结比拟。

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  表I:测试资料的比拟性子

  硼硅酸盐玻璃具备超卓的光学功能,暴露正在气流中时的耐用性,和接受高工作温度的才能。它具备抗机器以及化学磨损的才能,并正在使用中放弃高程度的透光性。塑料镜片可缩小镜片分量并提供精良的抗打击性,但它们对化学以及机器降解十分敏感。激烈以及长期暴露正在紫内线下,例如太阳辐射,对玻璃不影响,但会招致塑料变脆以及变色。两种资料均可以模塑成形态或轮廓[6]。

  使用功能

  灯罩或镜头关于维护光源(如白炽灯胆或LED)免受气流顽劣环境的影响至关首要,同时传输尽可能多的光线,以创立高效且无效的零碎。依据SAE
AS8037C,“所应用的灯罩或滤色器不容易支持熄灭,其结构应使其正在失常应用进程中没有会扭转形态或永世扭转颜色或形态或蒙受任何显著的光传输丧失。”[3 ]

  正在内部商用以及军用喷气式飞机镜头所经验的刻薄,刻薄的环境中,有须要抉择可以提供分歧功能的资料。

  图1示出了用于翼尖灯组件的聚碳酸酯透镜的光强度丧失的示例。SAE指南以及支持文献证明了塑料盖的光输入丧失,并保举应用塑料镜头输入升高的假定设置灯具.6用塑料镜片设计的夹具必需容许20-40%的传输丧失,或许经过更高的弥补瓦数白炽灯,更多LED,更高强度的LED,或应用更多电力驱动更低亮度LED以取得更高亮度。别的,SAE还倡议正在灯具应用寿命时期预测以及设计LED缩小光输入的指点准则,进一步需求细心思考照明设计。7一切这些弥补设计处理计划都偏向于添加领有以及保护带有塑料透镜的灯具的总老本,以维持所需的光输入。普通而言,透射丧失将对透镜所需的光度光输入孕育发生负面影响,这可能招致平安隐患,由于光随后会散射。

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  图1:样品翼尖内部灯组件经验的塑料透镜光强度丧失。从SAE ARP5637 [6]转载的数据

  试验顺序

  两种没有同的测试办法用于评价硼硅酸盐玻璃以及塑料的耐磨性。Taber
Abrasion测试办法是一种行业规范测试计划,用于阐明从塑料到玻璃到陶瓷的资料的耐磨性[8]。设计用于模仿航行中飞机外表的腐蚀效应的高速微粒打击实验用于阐明玻璃以及聚碳酸酯正在更相似使用的环境中的耐磨性。

  泰伯磨损法

  Taber Abrasion测试办法是依据ASTM D1044指南开发以及应用的[8]。Taber Abrasion Model
174用于研磨样品。Taber测试试验顺序遵照ASTM
D1044指南,但有如下三个破例:1。真空喷嘴具备8妹妹直径的启齿替代保举的11妹妹直径,2。分光光度计用于丈量透射率以替代雾度,以及3.样品运转超越倡议的100个轮回超越2,000个轮回,以协助模仿资料正在更长期内的耐磨性。

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  图2: Taber磨损实验办法以及实验设施的表示图

  该办法中的磨损经过磨擦磨损作用来模仿,该磨擦磨损作用是经过测试样品与砂轮的滑动旋转接触而孕育发生的。当转回旋转时,轮子沿着从样品轴线切向移位的程度轴正在相同标的目的上由样品驱动。一个研磨轮将试样向外朝向周边磨擦,另外一个向内朝向中心磨擦。轮子正在试样外表上横过一个完好的圆圈,显示出绝对于资料编织或纹理的一切角度的耐磨性[8]。

  高速微粒磨损实验

  2017年9月27日,正在莱特 –
帕特森空军基地的美国空军粒子腐蚀实验设备进行了高速微粒磨损实验,由戴顿钻研所(UDRI)保护以及经营,为国内航空航天界效劳。为军事以及贸易测试提供拜访。粒子腐蚀实验安装,或“除了尘器”,是正在1983年设计以及建造的,用于模仿航行到灰尘环境中的飞机外表的腐蚀效应[9]。上面提供测试安装的表示图。

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  图3:高速微粒打击磨损实验办法以及设施的表示图

  正在六个玻璃以及硬涂层聚碳酸酯样品上进行测试。每一个样品为4.75“直径(x3),3.75”方形(x3),测试安装由五个自力的可变参数组成,这些参数界说了表II中提供的测试时期的暴露环境。

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  表II:高速微粒打击磨损实验变量参数

  玻璃以及硬涂层聚碳酸酯的样品正在规则的打击角下暴露于周期性以及添加程度的颗粒(沙子)以模仿飞机照明镜片使用。沙子对样品的腐蚀以及打击由陈列零碎管制,以确保正在限定的测试样品区域内平均以及分歧的磨损。

  后果与探讨

  Taber磨损后果

  硼硅酸盐玻璃,硬涂层聚碳酸酯以及丙烯酸树脂(Plexiglas II
UVA)样品的Taber磨损后果如图4所示。这些资料的透射率绝对于测试设施上添加的轮回次数作图。跟着轮回次数的添加,样品体现出透射性的升高。与硬涂层塑料样品相比,硼硅酸盐玻璃显示出光鲜明显更小的传输丧失。image.png

  图4: Taber磨损实验中添加的轮回(暴露)后玻璃以及聚合物样品的明视透射

  后果标明,与硬涂层聚碳酸酯以及丙烯酸树脂相比,硼硅酸盐玻璃的耐磨性存正在光鲜明显差别。正在1000次轮回时,玻璃比聚碳酸酯以及丙烯酸树脂显示出年夜于20%的透光率。玻璃正在更高的轮回次数下持续与聚碳酸酯别离,放弃90%以上的透射率,聚碳酸酯正在1500次轮回时仅显示约65%的透射率,正在2000次轮回时仅显示55%的透射率。别的,即便丙烯酸纤维传输正在500次轮回后颠簸,玻璃传输依然比丙烯酸传输级别高患上多(约25%)。

  高速微粒测试后果

  高速微粒测试后果如表III所示。跟着模仿年夜气颗粒物(沙子)的暴露添加,样品传输缩小。直观地说,咱们能够将添加的沙子暴露量同等于更多的累计航行小时数。因而,镜片资料的设计指标是尽可能放弃透光率。

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  表III:实验后果 – 高速微粒磨损实验

  两种资料之间的透射程度开端类似,但跟着暴光量的添加而没有同。硼硅酸盐玻璃样品对颗粒具备始终如一的更高耐磨性,从而提供更长期的高透射率。表III标明,与硬涂层聚碳酸酯相比,玻璃需求简直两倍的沙子暴露量能力降至低于70%的透射率。并且,正在聚碳酸酯的传输损耗达到约50%的暴光程度下,玻璃的传输损耗仅为约70%。正在该测试中,玻璃显著优于塑料,而且与Taber磨损测试的后果很好地相干。

  高速微粒打击实验的另外一个要害后果是塑料资料中传动性升高的潜正在重大水平。设计适量光输入到灯具的SAE指南仅标明聚碳酸酯的潜正在传输损耗靠近35%,如图1所示[6]。该测试显示出更光鲜明显的光丧失,靠近40%是可能的。塑料的额定传输损耗可能愈加光鲜明显,而且可能需求设计具备更年夜损耗的灯具以便餍足规则的SAE光输入程度。或许,正在发作没有平安的严重传输丧失以前,需求更频仍地修缮或改换塑料透镜,以维持所需的光输入程度,

  论断

  内部飞机照明使用中镜头的要害性能是放弃分歧的光传输,以确保第一流此外平安性。Taber磨损以及高速微粒打击测试为比拟以后飞机镜片资料以确定实用性提供了无效手法。正在添加的轮回以及暴露时,玻璃持续放弃比塑料光鲜明显更高的透射程度。测试标明,正在内部喷气式飞机照明使用中,玻璃的耐磨性将显著优于塑料的耐磨性。

  因为机身正在没有同的环境中被压入简直延续的效劳中,应用可以接受微粒磨损,热以及化学应力的资料将升高内部灯具的总领有老本。当思考平安性,牢靠性以及保护协定的余量时,玻璃是商用以及军用喷气式飞机上内部灯具的最好抉择。测试分明地标明,玻璃镜片能够接受航空航天的顽劣操作环境比塑料镜片更长期,有助于提供分歧,牢靠以及平安的航行环境。

  1参考文献:

  [1] Lombardo,D。(2000)。飞机零碎。第2版。Blacklick,USA:

  McGraw-Hill Professional Publishing

  [2] SAE ARP693D着陆以及滑行灯 – 装置设计规范

  [3] SAE AS8037C飞机地位灯最低功能规范

  [4] SAE AS8017D防撞

  灯零碎最低功能规范

  [5] SAE AIR1106B影响飞机导航

  以及防撞灯可视性的要素

  [6] SAE ARP5637飞机

  内部照明塑料镜头的设计以及保护留意事项

  [7] SAE ARP6253 LED以及飞机使用

  [8] STM规范D1044,2013,“

  通明塑料耐外表磨损的规范测试办法”,ASTM国内公司,

  West Conshohocken,PA,2013,www.astm.org

  [9]代顿年夜学钻研所,空军钻研试验室

  资料以及制作:颗粒腐蚀测试仪器:

  应用政策,操作顺序以及样本设置装备摆设。

  Dayton,OH,2012,https://www.udri.udayton.edu