[發明專利]地面結冰條件模擬系統中過冷水滴的形成和檢測方法以及目標模擬裝置

有效

• 申請號: 201310296049.1
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103434652B
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 霍西恒;李志茂;王大偉;李革萍
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司;中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院
• 主分類號: B64F5/00
• 分類號: B64F5/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張蘭英

技術領域

本發明涉及一種地面結冰條件模擬設備的過冷水滴形成及檢驗技術，特別地， 涉及一種地面較低環境溫度下，采用供水溫度及供氣溫度可調的霧化噴嘴形成過冷 水滴以模擬一定冷天環境溫度條件下的地面結冰氣象條件。

背景技術

飛機設計研制的全過程一般包括預發展、工程發展、詳細設計、全面試制、 適航取證等五個階段。適航取證后，意味著飛機的安全性設計被認可，也就獲得了 “準生證”。拿到此證后，飛機便可以進入批量生產的實質階段。

《中國民用航空規章》第25部(CCAR―25)適航條款針對發動機進氣道防冰 提出必須進行地面模擬結冰條件下試驗以驗證其防冰性能，具體條款內容如下： CCAR25.1093(b)(2):每臺渦輪發動機必須在溫度-1～-9℃(15～30°·F)、液態 水含量不小于0.3g/m3、水呈水滴狀態(其平均有效直徑不小于20微米)的大氣 條件下，進行地面慢車運轉30分鐘，此時可供發動機防冰用的引氣處于其臨界狀 態，而無不利影響，隨后發動機以起飛功率(推力)作短暫運轉。在上述30分鐘 慢車運轉期間，發動機可以按適航當局可接受的方式間歇地加大轉速到中等功率 (推力)。針對上述要求，地面結冰模擬設備運行時，如何保證設備產生滿足要 求的過冷水滴顯得更為關鍵。

自然條件下的結冰條件不能滿足上述試驗要求，為此，航天航空領域采用室 內風洞試驗來解決自然條件下的結冰條件的缺陷。簡單地講，就是依據運動的相對 性原理，將飛行器的模型或實物固定在地面人工環境中，人為制造氣流流過，以此 模擬空中各種復雜的飛行狀態，獲取試驗數據。在室內風洞實驗室中，各種參數都 可以根據試驗要求進行控制，以到達試驗要求。

這種風洞實驗室可以有效解決尋找自然結冰條件所帶來的周期進度長，自然 結冰條件不完全與試驗要求匹配的問題。但室內風洞實驗室的造價昂貴。

為此，航天航空領域的科研人員對自然條件接近試驗要求的場地進行改造， 以人工模擬結冰環境，這樣既可以有效解決尋找自然結冰條件所帶來的周期進度長 的問題，又解決了利用室內風洞實驗室進行試驗的費用上的高成本的問題。例如， 公布號為CN?102582843?A的發明名稱為“地面結冰條件模擬系統”的中國專利申 請，是自然環境人工模擬結冰條件的一個例子。

但這種利用室外自然環境進行人工模擬結冰條件時，有些因素難以控制，從 而導致試驗的參數不穩定。為此，對于過冷水滴的狀態很難精確控制，尤其是無法 檢驗所形成的過冷水滴是否符合試驗要求，最終影響試驗結果。例如，在該專利申 請公開中，只提到“測控裝置中可設置有結冰條件測試器，用以隨時讀取測試環境 中的結冰參數，這對順利準確地進行地面結冰條件模擬試驗來說大有裨益”。但該 文中的“隨時讀取測試環境中的結冰參數”并不能保證噴霧裝置噴射出的水霧在目 標位置處能夠產生符合測試要求的過冷水滴。

因此，為了能夠在符合試驗要求的地面模擬結冰條件下進行試驗，以驗證發 動機進氣道唇口的防冰性能，必須嚴格控制試驗環境中的霧化噴嘴所噴射的水霧符 合要求的過冷水滴。霧化噴嘴的供水溫度和供氣溫度會影響水滴的過冷狀態。為此， 如何調節霧化噴嘴的供水溫度和供氣溫度，從而產生滿足要求的過冷水滴，成為問 題的關鍵。

發明內容

因此，為了提供符合試驗要求的過冷水滴，根據本發明的一個方面，提供一 種用于地面結冰條件模擬系統中的過冷水滴形成的方法，所述過冷水滴由噴霧裝置 所噴射出的水霧所形成，所述方法包括如下步驟：

初定噴霧裝置的供水溫度和供氣溫度，啟動噴霧裝置以沿噴射方向噴射水霧； 待噴霧裝置的工作穩定后，在試驗目標位置和/或距離試驗目標位置附近放置地面 目標模擬裝置，所述地面目標模擬裝置包括至少一個模擬標板,所述模擬標板包括 面對沿噴射方向噴射的水霧的測試表面；根據試驗目標位置處和/或附近的地面目 標模擬標板的測試表面上沉積的水霧的結冰狀態，調節供氣溫度和/或供水溫度， 使得目標模擬標板處的水霧的水滴正好達到試驗要求的過冷水滴狀態。

根據上述的過冷水滴形成的方法，所述至少一個模擬標板包括至少三個模擬 標板，這些模擬標板呈平面狀態，其一側是所述測試表面，所述至少三個模擬標板 沿水霧噴射方向間隔開并縱向地設置，同時，沿垂直于所述噴射方向的方向橫向地 至少部分錯開。