[發明專利]旋轉圓柱結冰與冰層粘附力測量的實驗裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201410014027.6
• 申請日: 2014-01-13
• 公開（公告）號: CN103776763A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 朱程香;朱春玲;苗波;孫衛平;巫瑞銳;崔寧;王淵
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及飛行器安全技術領域，尤其是一種旋轉圓柱結冰與冰層粘附力測量的實驗裝置及測量方法。

背景技術

飛機穿越在含有過冷水滴的云層時，迎風表面如機翼、尾翼等升力面、進氣道前緣等會發生結冰，對飛行安全造成嚴重威脅，因此需要采取合理的防冰、除冰措施。機械式的除冰方式是目前廣泛采用的結冰保護措施之一，而設計高效的機械除冰系統之前需要首先確定冰層與部件表面的粘附特性，只有當機械系統提供的作用力大于冰層與部件表面的粘附力時才能達到除冰的目的。

對于冰層與結冰表面之間粘附力的研究和實驗測量在上世紀中葉就進行了開展，早期的研究主要著重于自然結冰過程（冰箱等冷凍設備進行結冰）所得到的冰層，利用規則的冰進行力學特性的研究。自然結冰過程下所測量的冰的力學特性值同實際過程有很大的差異，并不能很好的揭示真實飛行環境下所結冰的特征。最近隨著國外一些冰風洞的逐漸建立，開始在冰風洞中近似模擬飛機飛行環境，對其環境下所結的冰進行研究測量。冰風洞環境下的測試比較趨近于真實飛行環境，但是由于需要昂貴的費用和較大的人力物力，而且冰風洞的建立需要大量先進的科學基礎和精密測試設備等條件，并不能作為常規的研究測試手段。因此為了能夠得到近似飛機真實飛行環境條件下所結冰的力學特性，而且允許進行低成本的重復實驗研究，建立一套常規的模擬飛機結冰環境的廉價可靠的冰力學測試裝置和方法成為了必然要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種成本低廉、可重復實現的旋轉圓柱結冰與冰層粘附力測量的試驗裝置及測量方法，運用這種工具及方法的測量結果與實際誤差很小，可確定冰層與部件表面的粘附特性，為除去飛行器上的冰層提供相應的數據。?

本發明所公開的一種一種旋轉圓柱結冰與冰層粘附力測量的實驗裝置，包括制冷系統、機械驅動系統、噴水系統以及數據采集系統。制冷系統包括保溫箱和通過供冷管道與保溫箱內部連通的供冷裝置；實驗件放在保溫箱內部并與機械驅動系統相連接，機械驅動系統驅動實驗件作直線運動和旋轉運動；噴水系統包括噴嘴、空氣輸送管道和水輸送管道，空氣輸送管道和水輸送管道同時接入噴嘴，噴嘴安裝在保溫箱壁上；數據采集系統包括拉壓式力傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、智能采集模塊、計算機，拉壓式力傳感器安裝在機械驅動系統內，溫度傳感器設置在保溫箱內部，壓力傳感器分別安裝在空氣輸送管道和水輸送管道上，拉壓式力傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器均通過智能采集模塊連接到計算機。

作為上述技術方案的進一步改進，所述機械驅動系統包括實驗件夾持機構、聯軸器、軸、螺桿、鎖緊螺母、步進電機以及電機驅動器；實驗件的一端與設置在保溫箱內一側的夾持機構相連接，另一端通過聯軸器連接到軸上?，從軸向外又依次連接有拉壓式力傳感器、螺桿、鎖緊螺母、步進電機。

作為上述技術方案的再進一步改進，所述供冷裝置為液氮罐。

作為上述技術方案的更進一步改進，所述噴嘴為雙通道可調節液態水滴直徑噴嘴，噴嘴內的水、氣管道采用的是同心的雙圓柱體管道，且內管路為水管道，外管路為氣管道。

作為上述技術方案的更進一步改進，所述雙通道可調節液態水滴直徑噴嘴的水壓范圍：????????????????????????????????????????????????、氣壓范圍：?、液態水滴直徑MVD可調范圍：。

作為上述技術方案的更進一步改進，所述噴嘴安裝在保溫箱頂部壁上。

作為上述技術方案的更進一步改進，所述智能采集模塊包括溫度信號采集模塊、水路、氣路壓力信號采集模塊、拉壓式力傳感器的壓力信號采集模塊。

作為上述技術方案的更進一步改進，所述拉壓式力傳感器供橋電壓為10VDC，精度為?，靈敏度為2mV/V。?

作為上述技術方案的更進一步改進，所述溫度傳感器為鉑電阻溫度傳感器，數量為6個。

采用上述實驗裝置進行結冰與冰層粘附力測量的方法，包括以下步驟：

1）將實驗件一端利用聯軸器與軸相連接，另一端與夾持機構相連接，實驗件可以在夾持機構內自由旋轉和滑動；

2）調節機械驅動系統，使實驗件只進行旋轉運動而不進行直線運動；封閉保溫箱，打開制冷系統開關和供氣開關，調節供氣壓力為0.2MPa～0.6MPa，開始制冷；?

3)?當保溫箱內部溫度達到實驗設定的結冰溫度值時，打開供水開關，調節供水壓力為0.1MPa～0.3MPa，調節制冷系統開關使保溫箱保持溫度恒定，使實驗件上結冰，開始記錄結冰時間,結冰持續時間為8～10分鐘；