[實(shí)用新型]連續(xù)式高速風(fēng)洞液氮降溫供配氣系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720556503.6
• 申請(qǐng)日: 2017-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN206740355U
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李峰;高超;郗忠祥;李征;盛強(qiáng);郝東東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M9/04
• 分類號(hào): G01M9/04
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204
• 代理人: 陳星

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及低溫液體輸運(yùn)驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體是一種用于連續(xù)式高速風(fēng)洞的液氮降溫供配氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)

雷諾數(shù)是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)M飛行器實(shí)際飛行能力的重要相似參數(shù)。從理論上來講，要使風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)芡耆M真實(shí)的飛行狀態(tài)，就必須使風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和實(shí)際飛行的雷諾數(shù)保持一致。然而，由于受到模型尺寸、風(fēng)洞動(dòng)力設(shè)備、能源系統(tǒng)等因素的限制，目前的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)還難以達(dá)到實(shí)際的飛行雷諾數(shù)。研制高雷諾數(shù)風(fēng)洞對(duì)我國航空工業(yè)和國防科技的發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

連續(xù)式高速風(fēng)洞是由軸流壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的可連續(xù)長時(shí)間運(yùn)行的回流式高速空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其流場(chǎng)品質(zhì)和實(shí)驗(yàn)效率遠(yuǎn)高于常規(guī)暫沖式風(fēng)洞。但由于連續(xù)式高速風(fēng)洞由大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，受能源系統(tǒng)的限制，其實(shí)驗(yàn)段雷諾數(shù)與實(shí)際飛行雷諾數(shù)仍有一定差距，不能很好地滿足戰(zhàn)斗機(jī)和大型高速民機(jī)模型實(shí)驗(yàn)的需求。雷諾數(shù)由流體密度、溫度、速度和模型尺寸決定，在實(shí)驗(yàn)段尺寸與流體介質(zhì)不易改變的情況下，降溫可增大流體密度，減小粘性系數(shù)，是一種提高實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)有效途徑。我國目前在低溫連續(xù)式高速風(fēng)洞方面尚屬空白，因此，研制適用于連續(xù)式高速風(fēng)洞的液氮降溫系統(tǒng)及其相關(guān)低溫實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)我國風(fēng)洞技術(shù)創(chuàng)新與武器裝備研制具有重要意義。

連續(xù)式高速風(fēng)洞降溫系統(tǒng)由液氮存儲(chǔ)裝置、供配氣系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及液氮噴注裝置五大子系統(tǒng)組成，其中供配氣系統(tǒng)是整體降溫系統(tǒng)的核心組成部分，用于氣控氣與擠推氣的制備、存儲(chǔ)、調(diào)壓及供給，為氣動(dòng)電磁閥和液氮儲(chǔ)罐提供穩(wěn)定的控制氣源和擠推壓力，形成液氮噴入風(fēng)洞的驅(qū)動(dòng)源。

從技術(shù)角度講，擠推方式或液氮泵增壓方式均可作為液氮噴入的驅(qū)動(dòng)源。擠推方式的特點(diǎn)是響應(yīng)快，可以提供穩(wěn)定的噴前壓，不需要較大的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，適合于短時(shí)間間隙工作。由于液氮流量較大，液氮罐自備蒸發(fā)器的蒸發(fā)量無法滿足液氮擠推氣量需求，需要在系統(tǒng)運(yùn)行之前預(yù)先儲(chǔ)備擠推氣；擠推方式驅(qū)動(dòng)要求液氮儲(chǔ)罐和管路系統(tǒng)具有較高的工作壓力。液氮泵輸送方式適合長時(shí)間連續(xù)工作，但最主要問題是響應(yīng)較慢，且需要較大的驅(qū)動(dòng)功率。因此，根據(jù)連續(xù)式高速風(fēng)洞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行模式，針對(duì)擠推輸運(yùn)方案，需要研制一套適用于連續(xù)式高速風(fēng)洞的液氮供配氣系統(tǒng)，通過高壓氣瓶組向液氮儲(chǔ)罐提供擠推壓力，在儲(chǔ)罐與噴嘴間的壓差驅(qū)動(dòng)下，將液氮送入風(fēng)洞。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)連續(xù)式高速風(fēng)洞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行模式，本實(shí)用新型通過建立液氮噴入量與擠推氣壓力及流量的匹配關(guān)系，提出一套用于連續(xù)式高速風(fēng)洞的液氮供配氣系統(tǒng)，解決高壓氮?dú)庵苽渑c存儲(chǔ)、液氮儲(chǔ)罐預(yù)增壓、氣控氣與擠推氣壓力、流量控制的技術(shù)問題，形成穩(wěn)定、可靠的閥門控制氣源與液氮驅(qū)動(dòng)源。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

所述一種連續(xù)式高速風(fēng)洞液氮降溫供配氣系統(tǒng)，其特征在于：包括液氮低溫泵、汽化器、高壓氣瓶組、配氣系統(tǒng)、連接管道和配套閥門；

液氮低溫泵將儲(chǔ)罐內(nèi)的液氮輸送至汽化器，液氮在汽化器內(nèi)蒸發(fā)增壓，而后進(jìn)入高壓氣瓶組；所述高壓氣瓶組分為氣控氣瓶組和擠推氣瓶組；所述高壓氣瓶組總?cè)莘e滿足氣控氣、儲(chǔ)罐預(yù)增壓和擠推氣需要的氣量要求；高壓氣瓶組連接配氣系統(tǒng)，配氣系統(tǒng)對(duì)共計(jì)四路氣進(jìn)行壓力設(shè)定，形成四路出口；其中氣控氣瓶組對(duì)應(yīng)配氣系統(tǒng)兩路出口：低壓控制氣口和高壓控制氣口；擠推氣瓶組對(duì)應(yīng)配氣系統(tǒng)兩路出口：預(yù)增壓氣口和擠推供氣口。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種連續(xù)式高速風(fēng)洞液氮降溫供配氣系統(tǒng)，其特征在于：液氮低溫泵排量為250L/h，出口壓力為15MPa；汽化器蒸發(fā)量為200Nm³/h，工作壓力為15MPa，出口溫度等級(jí)：≥5℃；高壓氣瓶組壓力達(dá)到目標(biāo)壓力值15MPa后，液氮低溫泵停止運(yùn)行，氮?dú)庵苽涔ぷ魍瓿伞?/p>

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種連續(xù)式高速風(fēng)洞液氮降溫供配氣系統(tǒng)，其特征在于：高壓氣瓶組由27只相同的分層堆疊式布置的高壓氣瓶組成，單只氣瓶的容積為0.12m³，總?cè)莘e為3.24m³，工作壓力為15MPa；其中氣控氣瓶組由2只氣瓶構(gòu)成，容積為0.24m³，用于向多個(gè)氣動(dòng)閥汽缸供氣，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)閥閥門的快速啟閉，對(duì)應(yīng)的匯流后的出氣總管通徑為15mm；擠推氣瓶組由25只氣瓶構(gòu)成，容積為3m³，用于向液氮儲(chǔ)罐預(yù)增壓和擠推液氮，對(duì)應(yīng)的出氣總管通徑為25mm。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種連續(xù)式高速風(fēng)洞液氮降溫供配氣系統(tǒng)，其特征在于：配氣系統(tǒng)低壓控制氣口的壓力配置為1MPa，高壓控制氣口的壓力配置為5MPa，預(yù)增壓氣口的壓力配置為2MPa，擠推供氣口的壓力配置為2.7MPa。