[發明專利]飛行載荷作用下兩相流地面模擬測試方法及裝置

無效

• 申請號: 200810018737.0
• 申請日: 2008-01-22
• 公開（公告）號: CN101221086A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 宋保銀;姚秋萍;閆旭東
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所
• 代理人: 柏尚春

技術領域

飛行載荷作用下兩相流地面模擬測試方法及裝置，屬于兩相流測量技術領域，涉及到飛行載荷狀態的地面模擬平臺、流體參數測量方法的新技術。

背景技術

氣液兩相流是氣、液兩種流體混合或沸騰、凝結熱流體的流動過程，通常也是一種伴隨著氣液相變的熱量和質量傳遞過程。水平管內流動沸騰換熱，廣泛應用于動力、核能、化學、航空航天以及各種加工工業的換熱設備和制冷空調中，它對于節約能源、減少貴重金屬的消耗、減少設備體積以及降低生產成本等有著重要的實用價值。

航空工業領域中，大功率高集成電子電器設備的裝機，雖然提高了飛行器的總體性能和作戰能力，但卻給機身帶來了幾十千瓦的發熱載荷，其發熱量是原先熱載荷的幾十倍，致使空氣循環系統難以達到其設備的冷卻要求，需要更好的能量管理和制冷系統；航天工業領域中，空間科學技術的進步使空間飛行器越來越向大功率和高精細化方向發展，進而對空間飛行器的流體與熱管理、動力供應、環境控制與生命保障系統的要求也將越來越高，這也要求設計和建造具有更大功率、更為先進的能源供應和熱量傳輸與控制系統。蒸發制冷循環中兩相流介質的熱量傳遞和能量供應能力充分滿足這一需求。

飛行器的加速飛行或急速轉彎勢必會給機身帶來較大的運動載荷，機身承受的過載在數值上可達6～9g。當蒸發制冷循環系統應用于航空航天技術中時，機載蒸發制冷循環系統中制冷劑的凝結、蒸發及流動和傳熱過程都會受到動載作用的影響，進而影響制冷部件和系統的性能。這樣，蒸發制冷循環系統的設計和運行的可靠性，將在很大程度上依賴于對動載作用下氣液兩相流機理的充分認識。因此，動載作用下兩相流的流動及傳熱特性的研究就顯得尤為重要。

現階段兩相流方面的實驗研究大多停留在地面靜止狀態，這樣得到的實驗結果不能滿足飛機做加速、減速、高速轉彎、橫滾、快速俯沖拉起等危險動作中產生動載狀態的要求，動載的出現，使得地面上的很多研究成果在飛機上并不一定仍然成立，靜止方式的實驗方法的缺陷是無法實現動載對于兩相流的影響，因此我們要得到在飛機上仍然適合的實驗結果，實驗環境必須要有動載作用。對于飛行動載作用下的沸騰傳熱和氣液兩相流的研究方面，鮮見相關的研究報道。這主要是因為飛行動載狀態的實現有一定的困難。

為了實現動載狀態，現今許多包含飛行載荷狀態的實驗往往需要把整套設備和測量儀器都安裝到飛機上進行跟機實驗。因為飛行載荷是由飛機高速機動飛行時轉彎所產生的向心力造成的，所以在進行飛行載荷狀態下的實驗時，飛機只有長時間地做加速、減速、高速轉彎、橫滾、快速俯沖拉起等危險動作才會獲得持續的過載。這種情況下進行實驗的安全性比較差，容易發生飛行事故和損壞實驗設備。此外由于只有適合飛行條件的天氣出現時飛機才能上天飛行，導致跟機實驗受天氣的影響較大；還有就是跟機實驗次數越多，飛行次數也就越多，實驗成本就會相應很高。

雖然現在已經有人設想在地面利用長直軌道加速以模擬飛行動載狀態，可以不必進行跟機實驗，但是由于這種方法需要上千米長的加速軌道，占用了很大的實驗空間，實現起來很不容易，而且動載的大小也很難依據實驗的要求進行實時調節。動載作用下兩相流的地面模擬方法還沒有實現，能夠在動載條件下有效地進行兩相流數據采集和實時檢測的方法仍在探索中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在地面上建立并可以實現飛行載荷作用下兩相流地面模擬測試方法及裝置。

一種飛行載荷作用下兩相流地面模擬測試方法，其特征在于包括以下過程：

(1)利用飛行動載模擬平臺模擬飛機動載狀態，其中通過調整轉盤的旋轉速度獲得不同的向心加速度，以模擬飛機加速、減速、高速轉彎、橫滾、快速俯沖拉起動作下的飛行載荷狀態；

(2)兩相流測試系統安裝于飛行動載模擬平臺上，以實時測量流體參數和保存實驗數據。

一種飛行載荷作用下兩相流地面模擬測試裝置，其特征在于：由飛行動載模擬平臺及安裝于飛行動載模擬平臺上的兩相流測試系統組成；其中飛行動載模擬平臺由轉盤、電動機、調速裝置、機架組成；其中兩相流測試系統由流動水循環系統、流體參數測量系統及數據采集保存系統組成；其中流動水循環系統包括水箱、水泵、預加熱器、二次加熱器、透明測試管，其中水箱出水口通過管路依次與水泵、預加熱器、二次加熱器相連，二次加熱器另一端伸入透明測試管中，透明測試管另一端通過管路與水箱回水口相連；其中流體參數測量系統包括空隙率測試儀、流量計、壓力計、壓差計、溫度傳感器；其中數據采集保存系統由與傳感器相連的數據采集模塊及筆記本電腦組成。