民用飛機風擋排雨液選擇設計初探

白穆　霍西恒

【摘 要】本文對民用飛機風擋排雨液選擇進行了初步分析與研究，給出風擋排雨液選擇優化設計概述。

【關鍵詞】風擋排雨液系統；優化；排雨液

【Abstract】This paper analyzed and studied the rain repellent fluid choosing for civil aircraft； summarized the design improvement of rain repellent fluid choosing for civil aircraft.

【Key words】Windshield rain repellent fluid system； Design improvement； Rain repellent fluid

0 概述

飛機雨中飛行時，受降雨影響，風擋透明表面能見度降低，這對飛機飛行，特別是起飛、著陸的安全危害極大。風擋除雨系統，保證風擋在降雨條件下的視界范圍，使風擋有足夠大的清晰視界對安全駕駛意義重大。

風擋排雨液系統是保證飛機在降水條件下風擋清晰視界的一種重要除雨方法，它的原理是向通過噴嘴向風擋玻璃外表面噴灑排雨液，使其附著在風擋表面并形成一層排雨液薄膜（厚度約為一個分子的直徑）。雨水不能沾附或濕潤排雨液薄膜，無法散開成非均勻薄膜，從而保持著球形水滴的形狀，在重力和氣流的作用下吹離風擋。排雨液的選擇對風擋排雨液系統性能至關重要，需要對其進行準確確定。

1 通用的風擋排雨液系統設計

根據以往飛行經驗，雨刷刮刷范圍較小，可在風擋雨刷系統的基礎上增加一套輔助除雨系統。通過分析航線上運營或在研制階段的其他機型飛機風擋除雨系統的配置情況可以看出，對于“風擋雨刷系統+除雨膜”和“風擋雨刷系統+風擋排雨液系統”的使用選擇，空客和波音兩大主要飛機制造商并無明確的偏好，兩種配置在其不同批次的飛機上均有使用。

A320、A330、A340、A350、B737、B767等機型均配置有風擋排雨液系統。其中，A320的風擋排雨液系統示意見圖1。風擋排雨液系統由排雨液罐、測量器組件、電磁活門、噴嘴和管路等組成。當按入風擋排雨按鈕時，儲存在排雨液罐內的排雨液通過管路管、測量器組件通入位于左右側主風擋處的噴嘴，并通過噴嘴將排雨液噴射到風擋玻璃上。該系統還配有凈化氣體管路，引入的熱氣通入噴嘴，當風擋排雨液系統關閉時，通過氣源熱氣吹除噴嘴內剩余液體。氣體系統可保證系統不工作時噴嘴內無殘留排雨液，空氣中的水汽進入噴嘴內不會對噴嘴產生影響。目前空客飛機風擋排雨液系統中的排雨液是由某法國公司提供的，該液體為FORALKYL 2211，屬于環保材料。

2 排雨液的選擇優化

2.1 通用的排雨液存在問題描述

在去除凈化熱氣管路的風擋排雨液系統使用過程中發現，風擋排雨液系統長時間不用時，噴嘴無法再次正常工作。檢查發現噴嘴內被膠狀物質堵塞，導致噴嘴無法正常工作，排雨液無法噴出。排雨液（Foralkyl 2211）對水敏感，其化學成分中含有一種分子易于水發生化學反應生成凝膠物。當風擋排雨液系統使用后，空氣中的水汽進入到噴嘴內，導致噴嘴內遺留的排雨液與水凝結，堵塞噴嘴，致使噴嘴無法正常工作。

2.2 排雨液體選擇優化

為解決風擋排雨液系統因長時間未使用而導致噴嘴堵塞的問題，進行了優化：將排雨液Foralkyl 2211替換，新的排雨液應具有不會與水反應生成膠狀物的特點，避免噴嘴因為噴嘴內排雨液凝固而發生堵塞的風險。

為驗證新的排雨液和水是否發生化學反應生成膠狀物，筆者進行了測試，驗證新型號排雨液特性。將兩種排雨液分別與5%的水混合后密封，在環境溫度55℃靜置7天。測試結果表明排雨液Foralkyl 2211發生凝固，而新型號的排雨液靜置7天甚至30天后仍未成成凝膠狀，因此新的排雨液滿足要求，可解決噴嘴內排雨液和水接觸凝固的問題。

2.3 新型號排雨液排雨效果的驗證

排雨液性能主要包括2個指標：對水的接觸角和對風擋表面的結合力。接觸角越大、結合力越好，排雨液性能越好。

2.3.1 接觸角測試

接觸角指氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液交界線之間的夾角，見圖2。如果接觸角小于90°，則是親水性的，若接觸角大于90°，則是疏水性的，即液體不容易潤濕固體，容易在表面上移動[1]。排雨液的作用是在風擋玻璃表面形成一層膜層，膜層和水之間的接觸角越大表明排雨液性越好。排雨液形成的防雨膜對水的接觸角應不小于90°[2]。

本文測試了兩種排雨液在玻璃表面形成的膜層的接觸角大小，普通玻璃的接觸角僅為20°。將排雨液Foralkyl 2211和新型號排雨液分別涂覆在普通玻璃表面，靜置15分鐘。發現兩種排雨液在初始時形成的膜層對水的接觸角均大于100°，隨時間而逐漸減小，在15分鐘后仍接近90°，如圖3所示。15分鐘后，新型號排雨液接觸角約為85°，略小于排雨液Foralkyl 2211的接觸角，兩者效果差別不大，新型排雨液接觸角滿足設計要求。

2.3.2 風擋表面結合力測試

本文通過風洞試驗對兩種排雨液的風擋表面結合力進行進行測試。在風洞中建立風擋試驗臺架，風擋前按飛機位置安裝噴嘴，通過管路連接電磁活門和排雨液。當電磁活門打開時，排雨液通過噴嘴噴射到風擋玻璃上，并記錄在不同降雨強度下風擋清晰區域。如圖4所示，在暴雨條件下，水量明顯增加，新型號排雨液和排雨液Foralkyl 2211均有一定的風擋表面結合力，但新型號排雨液作用的有效時間有所縮短，再適當增加噴射次數后，兩種排雨液效果差別不大，均能保證風擋視野清晰，滿足設計要求。

3 結論

本文介紹了目前民用飛機上通常采用的風擋排雨液系統，其中空客飛機排雨液通常為Foralkyl 2211。在去除了凈化熱氣管路的風擋排雨液系統的實際使用過程中發現，系統長時間不用時，噴嘴無法再次正常工作，排雨液長時間遇水凝固。為此進行了排雨液的選擇優化。通過對以上的驗證，優化后的風擋排雨液系統解決了排雨液長時間遇水凝固的問題。

【參考文獻】

[1]祝振鑫.膜材料的親水性、膜表面對水的濕潤性和水接觸角的關系[J].膜科學與技術，2014，34（2）：1-4.

[2]崔廣智.飛機風擋玻璃防雨劑[J].航空材料，1982-03（1）：7-12.

[責任編輯：楊玉潔]