T/CSAA 25-2024 零件冲击试验方法液滴射流靶向冲击试验

ICS 49.020
CCS V36
团体标准
T/CSAA 25—2024
零件冲击试验方法液滴射流靶向冲击试验
Impact testing method for componentsDroplet jet targeted impact test
2024-9-3 发布2024-12-1 实施
中国航空学会发布

目次
前言...................................................................................................................................................................II
1 范围.................................................................................................................................................................... 1
2 规范性引用文件................................................................................................................................................1
3 术语和定义........................................................................................................................................................ 1
4 一般要求............................................................................................................................................................ 3
4.1 试验目的..................................................................................................................................................3
4.2 试验环境..................................................................................................................................................3
4.3 试验人员..................................................................................................................................................3
4.4 试验件......................................................................................................................................................3
4.5 试验项目..................................................................................................................................................4
5 试验设备与测试仪器........................................................................................................................................5
5.1 光学显微镜..............................................................................................................................................5
5.2 烘箱.......................................................................................................................................................... 5
5.3 刻度尺......................................................................................................................................................5
5.4 测角仪......................................................................................................................................................5
5.5 秒表.......................................................................................................................................................... 5
5.6 射流冲击设备..........................................................................................................................................5
6 详细要求............................................................................................................................................................ 7
6.1 试验条件..................................................................................................................................................7
6.2 试验程序..................................................................................................................................................8
6.3 试验数据录取和处理.............................................................................................................................. 9
6.4 试验数据有效性评定............................................................................................................................ 11
6.5 试验报告................................................................................................................................................11
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II
前言
本文件依据GB/T 1.1－2020《标准化工作导则第1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的有
关要求编写。
本文件是《零件冲击试验方法》的系列标准之一。该系列标准已经发布了以下部分：
——液滴射流靶向冲击试验；
——液滴旋转装置试验；
——螺旋桨叶片抗外来物冲击试验；
——复合材料平板抗冲击性能试验。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本文件由中中国航空学会提出。
本文件由中国航空学会联合归口。
本文件起草单位：西北工业大学、中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所、中国航空工业集
团公司西安飞机设计研究所、成都飞机工业（集团）有限责任公司。
本文件主要起草人：李玉龙、索涛、豆清波、汤忠斌、王宁涛、吴轩璇、汪存显、王斌、吕锦峰、
赵冬强、梁尚清、冯震宙、华程、梁鑫、张明瑞。
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1
零件冲击试验方法液滴射流靶向冲击试验
1 范围
本文件规定了飞行器零件进行液滴射流靶向冲击试验的试验环境、试验人员、试验件、试验项目、
试验设备仪器、试验条件、试验程序、试验数据录取和处理、试验数据有效性评定、试验报告等方面
要求。
本文件适用于使用射流模拟液滴，对飞行器零件试验件表面进行重复靶向冲击试验，并对试验件
造成侵蚀或损伤的试验测试。本文件不适用于使用旋转装置法模拟的试验件因液滴的离散冲击而被侵
蚀或损坏的试验测试。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用
文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)
适用于本文件。
GB/T 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则
GB/T 30789.4 色漆和清漆涂层老化的评价缺陷的数量和大小以及外观均匀变化程度的标识
第4 部分：开裂等级的评定
GB/T 30789.5 色漆和清漆涂层老化的评价缺陷的数量和大小以及外观均匀变化程度的标识
第5 部分：剥落等级的评定
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
射流jet
在高压作用下形成的圆柱状高速水团。
3.2
射流形态jet pattern
射流运动方向前缘的形状。
3.3
冲击参数impact parameters
与射流冲击试验件表面相关的参数，包括冲击速度、射流等效直径、冲击角度、冲击频率、冲击
次数。
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2
3.4
射流等效直径equivalent diameter of jet
圆柱状射流的前缘直径，用于表示球状射流模拟同等直径的球形液滴冲击。
3.5
冲击角度impact angle
射流速度矢量与受冲击表面的夹角。
3.6
冲击频率impacting frequency
试验件每秒钟受到冲击的次数。
3.7
损伤damage
因暴露于液体冲击侵蚀中，试验件受到的任何影响，包括材料损失、表面变形或微观结构、性能
以及包括外观的任何其他变化。
3.8
失效failure
表示损伤发展的程度。在试验前应对其进行规定，对于金属或非金属材料试验件，通常是肉眼可
见的任何损伤；对于表面层材料试验件，通常包括开裂、涂层或覆膜部分剥落、涂层或覆膜破坏至基
材等，其他由相关方规定的损伤程度也可使用。
3.9
损伤阈值速度damage threshold velocity
在给定的一组冲击参数和冲击次数下，刚达到失效条件时对应的冲击速度。
3.10
绝对损伤阈值速度absolute damage threshold velocity
对于给定的一组冲击参数，当冲击速度小于绝对损伤阈值速度时，无论冲击次数增加到多少，
试验件都不会失效。
3.11
损伤冲击次数number of damage shocks
在特定的一组冲击参数下，刚达到失效条件时对应的射流冲击次数。
3.12
材料损伤参数material damage parameters
试验件达到失效条件后，在光学显微镜下测得损伤区域的尺寸参数，包括长度、直径、面积、深
度等参数。
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4 一般要求
4.1 试验目的
利用高速射流对试验件表面的靶向冲击，模拟试验件表面受到液滴冲击、并造成试验件损伤的现
象，测试试验件的耐雨滴侵蚀性能。为测试试验件的耐雨滴侵蚀性质提供试验手段，为研究材料的损
伤参数受冲击参数的影响提供研究方法。
4.2 试验环境
除试验任务书有特殊规定外，试验环境条件应满足GB/T 1446的规定。
4.3 试验人员
试验人员上岗前应经过试验设备、仪器及安全设施使用方法和安全操作规程的培训，熟练掌握
试验室的业务知识，并通过相关考核。
4.4 试验件
4.4.1 试验件形状和尺寸
试验件推荐形状为矩形平板，尺寸为200×100（单位为毫米），如图2所示，试验件厚度k为试
验件的实际厚度，或测试时将厚度作为研究变量。
其他由试验任务书规定、且符合试验设备和测试目的的试验件类型也可使用，例如真实的飞行
器零件或带有翼型或圆柱形表面的试验件。
图1 平板型试验件
4.4.2 试验件数量
试验件数量按试验任务书规定，应至少保证每个试验工况能进行三次重复试验。
4.4.3 试验件类型
试验件类型主要有三类：
a）金属材料试验件，包括纯金属和合金；
b）非金属材料试验件，包括玻璃、塑料、聚合物以及各类复合材料等；
c）表面层材料试验件，包括各类表面涂层材料以及表面薄膜材料等。
4.4.4 试验件制备
4.4.4.1 金属材料试验件
金属材料试验件的制备应满足以下要求：
a）试验件可从板材切割而成，试验件的切割过程应避免表面加工硬化，采用正确的加工方法确
保试验件的平面度；
b）所有试验件应附带合格证或质量证明文件。
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4
4.4.4.2 非金属材料验件
非金属材料试验件的制备应满足以下要求：
a）试验件的制备应按照供应商推荐方法或符合相关方商定的要求；
b）试验件的暴露表面不宜进行机械加工；
c）所有试验件应附带合格证或质量证明文件。
4.4.4.3 表面层材料试验件
表面层材料试验件的制备应满足以下要求：
a）试验件由涂覆在标准化基材上的涂层或薄膜组成；
b）试验件的制备应按照供应商推荐方法或符合相关方商定的要求，包括规定的表面处理方法、
固化方法和涂覆后处理方法。
c）所有试验件应附带合格证或质量证明文件。
4.4.5 试验件安装
试验件安装应满足以下要求：
a）试验件四边均匀夹持，推荐使用皮筋或双面胶将试验件固定于夹具的试验件安装平面上。
b）对于有角度要求的冲击试验，试验前应使用量角尺对试验件的安装角度进行测量。
4.4.6 标识
应对试验件进行标识，以相互区分，且确保可追溯性。标识不应对试验造成影响，也不应受试
验影响。
4.5 试验项目
4.5.1 损伤参数受冲击速度影响试验
对于冲击次数为一个确定值的试验，每次试验仅改变冲击速度，探究损伤参数受冲击速度的影
响。
4.5.2 损伤参数受射流等效直径影响试验
对于冲击次数为一个确定值的试验，每次试验仅改变射流等效直径，探究损伤参数受射流等效
直径的影响。射流等效直径应为0.1mm~5mm之间。
4.5.3 损伤参数受冲击角度影响试验
对于冲击次数为一个确定值的试验，每次试验仅改变冲击角度，探究损伤参数受冲击角度的影
响。推荐常用的冲击角度有30°、60°、90°。
4.5.4 损伤参数受冲击频率影响试验
对于连续射流靶向冲击装置模拟的多次冲击试验，每次试验仅改变冲击频率，探究损伤参数受
冲击频率的影响。推荐常用的冲击频率有50Hz、100Hz、200Hz。
4.5.5 损伤参数受冲击次数影响试验
每次试验的冲击速度、射流等效直径、冲击角度、冲击频率为一组定值，对于同一个试验件的
同一个冲击位置，增加冲击次数，探究损伤参数受冲击次数的影响。
4.5.6 试验件损伤阈值速度测定试验
每次试验将射流等效直径、冲击角度、冲击频率确定为一组定值，改变冲击速度，记录本次试
验的冲击速度以及试验件刚好发生损伤的冲击次数。这个冲击速度即为测得的试验件在该冲击次数
下的损伤阈值速度。
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5
5 试验设备与测试仪器
5.1 光学显微镜
放大倍数不低于50 倍且具有拍照功能。
5.2 烘箱
能控制在(50 士3)℃或其他商定的温度士3℃，用于烘干试验件。
5.3 刻度尺
全视场标定高速摄像机时精度不低于1mm。
5.4 测角仪
安装试验件时测量试验件的受冲击角度，精度不低于1°。
5.5 秒表
对于连续射流冲击试验，使用秒表记录试验件受冲击的时间，乘以冲击频率得到冲击次数。秒
表精度要求不低于0.01s。
5.6 射流冲击设备
5.6.1 单射流靶向冲击装置
5.6.1.1 基本组成
单射流靶向冲击装置主要用于对试验件产生单次或少量多次的靶向冲击。
单射流冲击装置主要由发射系统、射流发生装置、高速摄像机、夹具、防飞溅罩组成，可根据
需求配置，如图2 所示。
图2 单射流靶向冲击装置示意图
5.6.1.2 发射系统
发射系统主要由空气压缩机、气室、电磁阀控、炮管等部分组成，用于发射弹托和弹丸。发射
系统需满足以下要求：
a）空气压缩机能力应与压力容器匹配，能在较短时间内使压力容器内达到试验所需压力；
b）发射系统的气压与产生射流速度的关系应具备相应的标定曲线；
c）电磁阀控应在充气过程中不漏气，在发射时保证压缩空气在瞬间全部快速通过；
d）炮管内壁应保持光滑，每次试验后应进行适当清洁。
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5.6.1.3 射流发生装置
射流发生装置主要由喷嘴、橡胶圆盘和弹体组成，用于产生射流。射流发生装置需满足以下要
求：
a）喷嘴内腔精加工，粗糙度Ra 值应不超过1.6μm；
b）橡胶圆盘的尺寸应与喷嘴末端直径匹配，保证水不泄露；
c）可根据所需的冲击速度，选择使用的弹体材质，推荐采用铝弹或铅弹；
d）射流发生装置应能产生100-600m/s 冲击速度的射流；
e）试验前喷嘴出水口的液面应呈微凸状，保证射流发生装置产生的射流形态尽可能接近头部为
圆弧状且具有一定曲率；
f）可根据所需的射流等效直径，选择使用对应出口直径的喷嘴，射流等效直径的误差应小于±
5%。
5.6.1.4 夹具
用于安装试验件的夹具应满足以下要求：
a）用于安装试验件夹具的设计应便于试验件的安装、调整，重复移除、清洁，撞击过程中不干
涉试验件变形，不妨碍高速摄像系统的工作；
b）试验件夹具应能进行角度调节，模拟不同角度的射流冲击，试验件夹具如图3 所示；
图3 试验件夹具示意图
5.6.1.5 高速摄像机
高速摄像机用于记录射流头部接触试验件前的形态及冲击过程。通过前期标定，可对射流等效
直径、射流冲击速度进行计算。使用高速摄像机拍摄时，拍摄帧率应不低于1×105fps，同时应使用
铺助光源，确保高速摄像机能够清晰的拍摄冲击全过程。
5.6.1.6 防飞溅罩
防飞溅罩用于防止试验时有弹脱或试验件碎片飞出，应在试验前加盖于试验件夹具周围。
5.6.2 连续射流靶向冲击装置
5.6.2.1 基本组成
连续射流靶向冲击装置主要用于产生高频多次的重复冲击，其主要由高速射流发生装置、射流
切割机构、高速摄像机、夹具、防飞溅罩组成。如图4 所示。
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7
图4 连续射流靶向冲击装置
5.6.2.2 高速射流发生装置
高速射流发生装置应满足以下要求：
a）试验中应通过调节水泵的压力旋钮，改变水压，进而改变高速射流发生装置产生射流的速度；
b）射流冲击速度应在150-500m/s 可调；
c）高速射流发生装置产生的射流形态尽可能接近圆柱状；
d）可根据所需的射流等效直径，选择使用对应出口直径的喷嘴，射流等效直径的误差应小于±
5%。
5.6.2.3 射流切割机构
射流切割机构满足以下要求：
a）射流切割机构通过电机带动边缘有开孔的旋转圆盘，对水射流进行切割，形成分段射流以模
拟高速雨滴；
b）可根据所需的冲击频率，选择使用的电机转速或圆盘边缘开孔数，圆盘边缘开孔数推荐值为
1、2、4。
5.6.2.4 夹具
夹具要求同5.6.1.4。
5.6.2.5 高速摄像机
高速摄像系统要求同5.6.1.5。
5.6.2.6 防飞溅罩
防飞溅罩要求同5.6.1.6。
6 详细要求
6.1 试验条件
6.1.1 试验件状态调节
试验件应在试验室标准环境下至少放置48h。
6.1.2 试验介质
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按照测试要求选择试验介质，可选用蒸馏水、自来水、盐水、人工海水或其他由相关方商定的
介质。
6.2 试验程序
6.2.1 单射流靶向冲击装置
6.2.1.1 对待测试验件进行外观检查，对于有初始缺陷、不符合要求的试验件，应予以作废。
6.2.1.2 仔细清洁和干燥试验件，对于金属材料试验件的初始清洁，建议使用硬毛刷或非研磨布和合
适的挥发性溶剂进行擦洗。对于非金属材料试验件及表面层材料试验件，请咨询制造商，了解首选
的清洁方法。
6.2.1.3 根据试验任务书选定的试验项目，明确试验变量以及试验不变量。
6.2.1.4 设置好相关试验条件以及试验不变量。对于射流等效直径的设置，需更换好对应尺寸的喷嘴，
并用高速摄像机对射流等效直径进行测试；对于冲击角度，需要预先将试验件夹具的角度调至相应
状态，并用测角仪进行测量，保证试验不变量均达到目标值。
6.2.1.5 对射流速度进行预测试。根据发射系统气压与射流速度的标定曲线，对发射系统进行充气，
待气压达到目标值，开启电磁阀，释放高压气体，触发高速摄像机，记录并测量产生射流的速度。
如果射流速度的测量值与目标值相差±2%以内，即可对试验件进行冲击，否则调整气压并重新测试
射流速度，直至射流速度值满足要求。
6.2.1.6 按照4.4.5 的要求将试验件安装在夹具上，加盖防飞溅罩。
6.2.1.7 给发射系统充入高压气体，待气压值达到目标值，开启电磁阀，释放高压气体，触发高速摄
像机，记录射流冲击过程，测量射流速度。
6.2.1.8 对于单次冲击试验，可跳过本步骤；对于多次冲击试验，需重复6.2.1.7，直至冲击次数达到
目标值。
6.2.1.9 取下试验件，用光学显微镜或其他仪器测量试验件的材料损伤参数。
注1：对于涂层材料试验件，试验后应当按GB/T 30789.4 的规定测定并记录试验件的开裂等级；按GB/T 30789.5 的
规定测定并记录试验件的剥落等级。
6.2.2 连续射流靶向冲击装置
6.2.2.1 按照6.2.1.1 对待测试验件进行外观检查。
6.2.2.2 按照6.2.1.2 对待测试验件进行清洁和干燥。
6.2.1.3 按照6.2.1.3 对明确试验变量以及试验不变量。
6.2.1.4 设置好相关试验条件以及试验不变量。对于射流等效直径的设置，需更换好对应尺寸的喷嘴，
并用高速摄像机对射流等效直径进行测试；对于冲击频率，需更换好对应开孔数的圆盘；对于冲击
角度，需要预先将试验件夹具的角度调至相应状态，并用测角仪进行测量；保证试验不变量均达到
目标值。
6.2.1.5 对射流速度进行预测试。开启高速射流发生装置，调节高速射流发生装置的压力旋钮，开启
射流切割机构，触发高速摄像机，记录并测量产生射流的速度。如果射流速度的测量值与目标值相
差±2%以内，即可对试验件进行冲击，否则继续调整压力旋钮并重新测试射流速度，直至射流速度
值满足要求。
6.2.1.6 按照4.4.5 的要求将试验件安装在夹具上，加盖防飞溅罩。
6.2.1.7 开启高速射流发生装置，调节高速射流发生装置的压力旋钮，开启射流切割机构，同时用秒
表计时，并触发高速摄像机，记录射流冲击过程，测量射流速度。
6.2.1.8 待冲击次数达到试验任务书的要求，或试验件的失效到达试验任务书所规定的状态，停止试
验。
6.2.1.9 取下试验件，用光学显微镜或其他仪器测量试验件的材料损伤参数。
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6.3 试验数据录取和处理
6.3.1 损伤参数受冲击速度影响试验
每次试验均保持射流等效直径、冲击角度以及冲击次数不变，记录每次试验的冲击速度、光学
显微镜下观察到的损伤形貌，以及光学显微镜测量到的材料损伤参数，并将数据记录于表1。
表1 损伤参数受冲击速度影响试验数据记录表
试验变量损伤参数
损伤形貌备注
冲击速度（m/s）
面积
（mm2）
直径/长度
（mm）
深度
（mm）
… … … … …
注2：应在备注一栏注明试验中的不变量，包括射流等效直径、冲击角度以及冲
击次数，对于连续射流靶向冲击装置，还应注明冲击频率。
6.3.2 损伤参数受射流等效直径影响试验
每次试验均保持射流冲击速度、冲击角度以及冲击次数不变，记录每次试验的射流等效直径、
光学显微镜下观察到的损伤形貌，以及光学显微镜测量到的材料损伤参数，并将数据记录于表2。
表2 损伤参数受射流等效直径影响试验数据记录表
试验变量损伤参数
损伤形貌备注
射流等效直径
（mm）
面积
（mm2）
直径/长度
（mm）
深度
（mm）
… … … … …
注3：应在备注一栏注明试验中的不变量，包括射流冲击速度、冲击角度以及冲
击次数，对于连续射流靶向冲击装置，还应注明冲击频率。
6.3.3 损伤参数受冲击角度影响试验
每次试验均保持射流冲击速度、射流等效直径以及冲击次数不变，记录每次试验的冲击角度、
光学显微镜下观察到的损伤形貌，以及光学显微镜测量到的材料损伤参数，并将数据记录于表3。
表3 损伤参数受冲击角度影响试验数据记录表
试验变量损伤参数
损伤形貌备注
冲击角度（°）
面积
（mm2）
直径/长度
（mm）
深度
（mm）
… … … … …
注4：应在备注一栏注明试验中的不变量，包括射流冲击速度、射流等效直径以
及冲击次数，对于连续射流靶向冲击装置，还应注明冲击频率。
6.3.4 损伤参数受冲击频率影响试验
对于连续射流靶向冲击装置模拟的多次冲击试验，每次试验均保持射流冲击速度、射流等效直
径、冲击角度以及冲击次数不变，记录每次试验的冲击频率、光学显微镜下观察到的损伤形貌，以
及光学显微镜测量到的材料损伤参数，并将数据记录于表4。
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表4 损伤参数受冲击频率影响试验数据记录表
试验变量损伤参数
损伤形貌备注
冲击频率（Hz）
面积
（mm2）
直径/长度
（mm）
深度
（mm）
… … … … …
注5：应在备注一栏注明试验中的不变量，包括射流冲击速度、射流等效直径、
冲击角度以及冲击次数。
6.3.5 损伤参数受冲击次数影响试验
每次试验均保证冲击速度、射流等效直径、冲击角度、冲击频率为一组定值，记录每次试验的
冲击次数、光学显微镜下观察到的损伤形貌，以及光学显微镜测量到的材料损伤参数，并将数据记
录于表5。
表5 损伤参数受冲击次数影响试验数据记录表
试验变量损伤参数
损伤形貌备注
冲击次数
面积
（mm2）
直径/长度
（mm）
深度
（mm）
… … … … …
注6：应在备注一栏注明试验中的不变量，包括射流冲击速度、射流等效直径、
冲击角度，对于连续射流靶向冲击装置，还应注明冲击频率。
6.3.6 试验件损伤阈值速度测定试验
记录每次试验的损伤冲击次数、损伤阈值速度于表6中，并计算损伤阈值速度变化率。以损伤冲
击次数为横坐标，损伤阈值速度为纵坐标，将表中数据绘制于图5中，得到试验件在特定一组冲击参
数下的损伤阈值曲线，并将曲线的平直段向纵坐标延伸，即可得到曲线平直段与Y轴相交的截距，
即为试验件在该组冲击参数条件下的绝对损伤阈值速度。
表6 试验件损伤阈值速度测定试验数据记录表
损伤冲击次数
损伤阈值速度
（m/s）
损伤阈值速度
变化率
备注
/
… … ...
注7：应在备注一栏注明选定的射流等效直径、冲击角度、冲击频率以及其他初
始试验条件。
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图5 损伤阈值速度曲线（例）
6.4 试验数据有效性评定
同时满足以下3 种情况的试验结果为有效试验：
a）试验中实际冲击速度以及冲击角度与目标值的偏差在±2%以内；
b）试验中射流等效直径与目标值的偏差在±5%以内；
c）每个工况均进行不少于三次重复试验，且重复试验的耐雨蚀性能结果误差在5%以内。
6.5 试验报告
试验报告的内容应包括以下部分或全部：
a）试验名称、试验项目、时间、地点、目的、依据和试验人员；
b）试验件详细情况，包括试验件来源、名称、尺寸、数量以及编号或标识；
c）测试设备及方法，测量仪器及其精度说明；
d）测试环境、试验条件以及试验前规定的损伤程度；
e）高速相机拍摄的射流冲击过程；
f）试验件损伤形式、损伤程度描述；
g）试验过程记录；
h）试验数据记录图表；
i）存在问题与建议。