[發明專利]一種應用于水膜發生與測量的實驗裝置

有效

• 申請號: 201510337175.6
• 申請日: 2015-06-17
• 公開（公告）號: CN104897358B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 常士楠;冷夢堯;趙媛媛;楊波;丁亮;唐虎
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明屬于飛機防冰研究技術領域，具體來說，是一種適用于飛行狀態下的多變量可控的水膜發生及觀測裝置

背景技術

飛機在穿過含有過冷水滴的云層時，各部件迎風面上都會迅速覆蓋上積冰，此時需要在結冰部位設計相應的防冰系統。不同結冰條件下，防冰表面會單獨或同時存在著干表面及濕表面區域，防冰表面的濕表面區域在水滴撞擊及外流場空氣剪切作用下存在著復雜的流動形態，以水膜、溪流或者水珠的流動形式向后流動，其流動狀態對防冰表面結冰熱邊界的確定存在很大影響。確定防冰表面水膜形態及其與外流場、壁面換熱等相互作用的耦合機制，是建立結冰防護表面所需臨界熱載荷的基礎。

飛機表面水膜運動的主要動力來自于高速氣流剪切作用，但由于飛機表面存在著曲面，重力的影響需要考慮在內。而在防冰系統工作時，飛機防冰表面溫度與氣流環境之間存在較大的溫差，對水膜運動形態的影響同樣不能忽略。目前，兼具考慮飛機飛行條件下的氣流剪切力、重力、溫度以及表面特性的水膜觀測試驗裝置處于空白。

發明內容

為了解決目前飛機結冰及防冰表面流動傳熱耦合機理研究的盲點，本發明提出一種應用于水膜發生與測量的實驗裝置，可實現較大范圍內多參數條件的控制。

本發明水膜發生與測量的實驗裝置包括低速風洞、觀測平臺、溫控系統與水循環系統。

所述低速風洞通過風機作用在內部形成氣流；低速風洞的觀測段頂面與左右側面均透明材料，底面為具有觀測平臺安裝口的承力板。觀測平臺包括試驗臺、水分配器與彎針頭。實驗臺上表面設計有測試平面；水分配器與水循環系統相連，通過水循環系統供水；水分配器的各出水端安裝有彎針頭，彎針頭的出水段穿過測試平面緊貼測試平面表面設置；觀測平臺安裝在承力板上，使測試平面位于觀測段內。上述測試平面的溫度通過溫控系統進行控制。

應用本發明水膜發生及觀測裝置進行試驗前，首先根據試驗所需的水膜傾斜角度，調整試驗支架結構；隨后根據試驗要求選擇所需的彎針頭直徑和不同材料的觀測平臺。每次試驗前，需要開啟離心式風機對測試平面進行清洗和烘干。試驗時，首先打開離心式風機吹風，確保試驗過程中測試平面表面的干燥潔凈；通過溫控系統控制測試平面溫度達到設定的平衡溫度；隨后，設定水循環系統中動力路與溢流路中水泵流量，控制彎針頭出水量，最終在試驗板上得到所需的水膜。實驗時，通過設定不同傾角、風速、溫度、浸潤性和水流量條件，可產生不同形態的水膜；最后通過高速相機觀測水膜的形態和波紋特征，通過激光位移計記錄水膜厚度。

本發明的優點為：

1、本發明水膜發生與測量的實驗裝置,可實現實驗過程中多因素調控，覆蓋飛機結冰及防冰研究中所有參數的變化范圍；

2、本發明水膜發生與測量的實驗裝置,通過穩流和加速引導，在測試平面表面產生均勻的高速氣流邊界層，可真實還原飛行狀態下飛機表面水膜的流動狀態；

3、本發明水膜發生與測量的實驗裝置,各部件獨立工作又緊密耦合，易于更換、維護與組裝；

4、本發明水膜發生與測量的實驗裝置,整體體積小巧，便于運輸，經過回收循環設計，保證實驗環境的環保安全。

附圖說明

圖1為本發明水膜發生與測量的實驗裝置整體結構示意圖；

圖2為本發明水膜發生與測量的實驗裝置中低速風洞結構示意圖；

圖3為低速風洞中穩定段內部結構示意圖；

圖4為低速風洞中觀測段結構示意圖；

圖5為本發明水膜發生與測量的實驗裝置中觀測平臺結構示意圖；

圖6為本發明水膜發生與測量的實驗裝置中觀測平臺在觀測段上的安裝方式示意圖；

圖7為觀測平臺與觀測段間形成的集水槽結構示意圖；

圖8為本發明水膜發生與測量的實驗裝置中觀測平臺傾斜設置方式示意圖。

圖中：

1-低速風洞2-觀測平臺3-水循環系統

4-溫控系統5-試驗支架6-活動支架

101-穩定段102-收縮端103-觀測段

104-擴張段105-離心式風機106-蜂窩器

107-紗網A 108-紗網B 109-彎管

201-試驗臺202-水分配器203-彎針頭

204-測試平面103a-承力板

具體實施方式

本發明水膜發生與測量的實驗裝置，包括低速風洞1、觀測平臺2、水循環系統3與溫控系統4，如圖1所示；各部分獨立設計可方便組裝以及升級改造。