民用飞机风挡排雨液选择设计初探

白穆　霍西恒

【摘 要】本文对民用飞机风挡排雨液选择进行了初步分析与研究，给出风挡排雨液选择优化设计概述。

【关键词】风挡排雨液系统；优化；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

飞机雨中飞行时，受降雨影响，风挡透明表面能见度降低，这对飞机飞行，特别是起飞、着陆的安全危害极大。风挡除雨系统，保证风挡在降雨条件下的视界范围，使风挡有足够大的清晰视界对安全驾驶意义重大。

风挡排雨液系统是保证飞机在降水条件下风挡清晰视界的一种重要除雨方法，它的原理是向通过喷嘴向风挡玻璃外表面喷洒排雨液，使其附着在风挡表面并形成一层排雨液薄膜（厚度约为一个分子的直径）。雨水不能沾附或湿润排雨液薄膜，无法散开成非均匀薄膜，从而保持着球形水滴的形状，在重力和气流的作用下吹离风挡。排雨液的选择对风挡排雨液系统性能至关重要，需要对其进行准确确定。

1 通用的风挡排雨液系统设计

根据以往飞行经验，雨刷刮刷范围较小，可在风挡雨刷系统的基础上增加一套辅助除雨系统。通过分析航线上运营或在研制阶段的其他机型飞机风挡除雨系统的配置情况可以看出，对于“风挡雨刷系统+除雨膜”和“风挡雨刷系统+风挡排雨液系统”的使用选择，空客和波音两大主要飞机制造商并无明确的偏好，两种配置在其不同批次的飞机上均有使用。

A320、A330、A340、A350、B737、B767等机型均配置有风挡排雨液系统。其中，A320的风挡排雨液系统示意见图1。风挡排雨液系统由排雨液罐、测量器组件、电磁活门、喷嘴和管路等组成。当按入风挡排雨按钮时，储存在排雨液罐内的排雨液通过管路管、测量器组件通入位于左右侧主风挡处的喷嘴，并通过喷嘴将排雨液喷射到风挡玻璃上。该系统还配有净化气体管路，引入的热气通入喷嘴，当风挡排雨液系统关闭时，通过气源热气吹除喷嘴内剩余液体。气体系统可保证系统不工作时喷嘴内无残留排雨液，空气中的水汽进入喷嘴内不会对喷嘴产生影响。目前空客飞机风挡排雨液系统中的排雨液是由某法国公司提供的，该液体为FORALKYL 2211，属于环保材料。

2 排雨液的选择优化

2.1 通用的排雨液存在问题描述

在去除净化热气管路的风挡排雨液系统使用过程中发现，风挡排雨液系统长时间不用时，喷嘴无法再次正常工作。检查发现喷嘴内被胶状物质堵塞，导致喷嘴无法正常工作，排雨液无法喷出。排雨液（Foralkyl 2211）对水敏感，其化学成分中含有一种分子易于水发生化学反应生成凝胶物。当风挡排雨液系统使用后，空气中的水汽进入到喷嘴内，导致喷嘴内遗留的排雨液与水凝结，堵塞喷嘴，致使喷嘴无法正常工作。

2.2 排雨液体选择优化

为解决风挡排雨液系统因长时间未使用而导致喷嘴堵塞的问题，进行了优化：将排雨液Foralkyl 2211替换，新的排雨液应具有不会与水反应生成胶状物的特点，避免喷嘴因为喷嘴内排雨液凝固而发生堵塞的风险。

为验证新的排雨液和水是否发生化学反应生成胶状物，笔者进行了测试，验证新型号排雨液特性。将两种排雨液分别与5%的水混合后密封，在环境温度55℃静置7天。测试结果表明排雨液Foralkyl 2211发生凝固，而新型号的排雨液静置7天甚至30天后仍未成成凝胶状，因此新的排雨液满足要求，可解决喷嘴内排雨液和水接触凝固的问题。

2.3 新型号排雨液排雨效果的验证

排雨液性能主要包括2个指标：对水的接触角和对风挡表面的结合力。接触角越大、结合力越好，排雨液性能越好。

2.3.1 接触角测试

接触角指气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角，见图2。如果接触角小于90°，则是亲水性的，若接触角大于90°，则是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动[1]。排雨液的作用是在风挡玻璃表面形成一层膜层，膜层和水之间的接触角越大表明排雨液性越好。排雨液形成的防雨膜对水的接触角应不小于90°[2]。

本文测试了两种排雨液在玻璃表面形成的膜层的接触角大小，普通玻璃的接触角仅为20°。将排雨液Foralkyl 2211和新型号排雨液分别涂覆在普通玻璃表面，静置15分钟。发现两种排雨液在初始时形成的膜层对水的接触角均大于100°，随时间而逐渐减小，在15分钟后仍接近90°，如图3所示。15分钟后，新型号排雨液接触角约为85°，略小于排雨液Foralkyl 2211的接触角，两者效果差别不大，新型排雨液接触角满足设计要求。

2.3.2 风挡表面结合力测试

本文通过风洞试验对两种排雨液的风挡表面结合力进行进行测试。在风洞中建立风挡试验台架，风挡前按飞机位置安装喷嘴，通过管路连接电磁活门和排雨液。当电磁活门打开时，排雨液通过喷嘴喷射到风挡玻璃上，并记录在不同降雨强度下风挡清晰区域。如图4所示，在暴雨条件下，水量明显增加，新型号排雨液和排雨液Foralkyl 2211均有一定的风挡表面结合力，但新型号排雨液作用的有效时间有所缩短，再适当增加喷射次数后，两种排雨液效果差别不大，均能保证风挡视野清晰，满足设计要求。

3 结论

本文介绍了目前民用飞机上通常采用的风挡排雨液系统，其中空客飞机排雨液通常为Foralkyl 2211。在去除了净化热气管路的风挡排雨液系统的实际使用过程中发现，系统长时间不用时，喷嘴无法再次正常工作，排雨液长时间遇水凝固。为此进行了排雨液的选择优化。通过对以上的验证，优化后的风挡排雨液系统解决了排雨液长时间遇水凝固的问题。

【参考文献】

[1]祝振鑫.膜材料的亲水性、膜表面对水的湿润性和水接触角的关系[J].膜科学与技术，2014，34（2）：1-4.

[2]崔广智.飞机风挡玻璃防雨剂[J].航空材料，1982-03（1）：7-12.

[责任编辑：杨玉洁]