[發明專利]壓電式超粒徑過冷水滴發生方法及裝置

有效

• 申請號: 201210103928.3
• 申請日: 2012-04-11
• 公開（公告）號: CN102636327A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 劉洪;李海星;孔維梁;顏思宏;衛黎明;鄭覃;盧吉承;張辰;李焱鑫
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及航空航天領域的風洞結冰實驗的方法及裝置，特別是一種壓電式超粒徑過冷水滴發生方法及裝置。

背景技術

飛機在空中遭遇的結冰現象是對飛機安全的一個重大威脅。飛機翼面上的積冰嚴重破壞機翼的氣動外形，降低飛機的升阻比，導致發生許多異常飛行狀態，嚴重者導致災難性事故。目前，FAR25(Federal?Aviation?Regulation)附錄C中對于結冰環境的規定中，將飛行環境的過冷水滴粒徑嚴格規定在50μm以下，而真實的結冰環境中出現了超出FAR25部中規定的粒徑的超粒徑過冷水滴(SLD，Supercooled?Large?Droplet)的結冰環境，并導致了災難性的飛行安全事故。因此，模擬飛機在SLD結冰環境中的結冰狀況，對SLD的結冰機理進行研究是很有必要的?，F階段，主要通過風洞實驗，模擬飛機在SLD結冰環境中的結冰狀況，而模擬單滴SLD的結冰過程對研究SLD的結冰機理有重要意義。

近年來水滴發生技術廣泛應用于在風洞中研究水滴碰撞飛濺、變形破碎以及模擬飛機結冰，使用的主要裝置有常溫單滴水滴發生裝置，以及低溫噴霧式水滴發生裝置。這兩種裝置都有其不足之處，常溫單滴水滴發生裝置雖然可以穩定產生單滴水滴，但其在低溫狀況下由于容易結冰而無法正常工作，而低溫噴霧式水滴發生裝置雖然可以在低溫下可正常工作，但其噴出水滴量多且粒徑分布不確定，因而這兩類水滴發生裝置都無法用于研究SLD的結冰機理實驗。為此，亟需發展一種既可以穩定產生所需粒徑的單滴水滴，又能夠在低溫下正常工作的水滴發生方法與裝置。

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種壓電式超粒徑過冷水滴發生方法及裝置，以在低溫狀況下實現正常工作，并穩定地產生所需粒徑的單滴水滴。

本發明所提供的壓電式超粒徑過冷水滴發生裝置包括水滴發生裝置主體、補水器、壓電片振動信號發生器及電源，所述水滴發生裝置主體包括水滴發生器及翼形橫梁，所述水滴發生器被包裹在翼形橫梁中，且所述水滴發生器包括平板式壓電噴頭、壓電片、螺旋狀熱電阻管和熱電阻片，所述平板式壓電噴頭具有相互連通的進水口、儲水腔及噴口；其中所述補水器通過輸水管與所述平板式壓電噴頭的所述進水口相連通，所述壓電片振動信號發生器通過壓電片振動信號線與所述壓電片相連接，所述電源通過電線分別與所述螺旋狀熱電阻管和所述熱電阻片相連接；所述平板式壓電噴頭設置在所述壓電片和所述熱電阻片之間，而所述螺旋狀熱電阻管圍繞所述輸水管設置。

本發明所提供的壓電式超粒徑過冷水滴發生方法包括：通過輸水管連接補水器與平板式壓電噴頭；將補水器中的水通過液壓擠入平板式壓電噴頭的儲水腔中，使得所述儲水腔保持充滿水但水不流通的狀態；通過電線分別將電源與螺旋狀熱電阻管及熱電阻片相連接，其中所述熱電阻片貼附于所述平板式壓電噴頭的一側表面，所述螺旋狀熱電阻管圍繞所述輸水管設置；向所述螺旋狀熱電阻管及所述熱電阻片通電，以加熱所述螺旋狀熱電阻管及所述熱電阻片；通過壓電片振動信號線將壓電片振動信號發生器與壓電片相連接，其中所述壓電片貼附于所述平板式壓電噴頭的另一側表面；以及利用所述壓電片振動信號發生器向所述壓電片發送振動信號，使得所述壓電片根據所述振動信號發生形變，以將所述儲水腔中的水擠出，產生超粒徑過冷水滴。

本發明所提供的壓電式超粒徑過冷水滴發生方法及裝置能夠通過調節壓電信號來控制所得水滴的粒徑，并通過控制直流電源電壓來控制熱電阻的發熱，進而控制系統產生的水滴的溫度，從而能夠在低溫風洞中穩定產生所需粒徑的水滴。

附圖說明

圖1為本發明的較佳實施例中的壓電式超粒徑過冷水滴發生裝置的示意圖。

圖2為圖1中的水滴發生器的局部放大圖。

圖3為從圖2中的水滴發生器上移除平板式壓電噴頭、壓電片、壓電片振動信號線和輸水管后的局部放大圖。

圖4為圖2中的平板式壓電噴頭的示意圖。

圖5為圖2中的平板式壓電噴頭、壓電片、壓電片振動信號線和輸水管組裝后的局部放大圖。

圖6為圖1中的帶有水滴發生器的翼形橫梁安裝于風洞中的示意圖。

具體實施方式