[實用新型]一種高精度的結冰風洞熱氣防冰試驗模擬裝置

有效

• 申請號: 201720763443.5
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN206990187U
• 公開（公告）日: 2018-02-09
• 發明（設計）人: 肖春華
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 沈強

技術領域

本發明涉及風洞試驗領域，具體說是一種用于在高空結冰氣象條件下對各種容易結冰的對象開展結冰探測的方法和裝置。

背景技術

結冰是飛行實踐中廣泛存在的一種物理現象，是造成飛行安全事故的主要隱患之一。當飛機在環境溫度低于冰點或在冰點附近的結冰氣象條件下飛行時，大氣中的過冷水滴撞擊到飛機表面，結冰現象就很容易在機翼、尾翼、旋翼、進氣道、風擋玻璃、天線罩、儀表傳感器等部件表面發生。飛機結冰不僅增加了飛機的重量，而且破壞了飛機表面的氣動外形，改變了繞流流場，破壞了氣動性能，造成飛機最大升力下降、飛行阻力上升、操作性能下降、穩定性能降低，對飛行安全造成了很大的威脅，因結冰而引發的飛行事故屢見不鮮，嚴重的結冰甚至可以導致機毀人亡。

JAR/FAR分別針對大型飛機、小型飛機、直升機、旋翼飛機等進行了防除冰的規范要求。規范嚴格禁止表面結冰的飛機起飛，明確規定在飛機取得相關結冰防護的適航許可前，任何人都不得在結冰氣象條件下駕駛飛機。所以，為了獲得結冰防護的適航許可，必須在擋風玻璃、機翼、尾翼、直升機旋翼、螺旋槳、發動機前緣等容易結冰部位安裝有效的結冰防護系統。可見，為了保證航空飛行器在結冰氣象條件下能夠安全飛行，在機翼前緣、尾翼前緣和發動機唇口等主要防冰部件位置均要求安裝防除冰裝置。

熱氣除冰方法是將飛機發動機壓氣機引出的熱空氣用于除冰的方法。發動機壓氣機引出的熱空氣經引氣管流入至防冰腔內，沿著防冰通道流動，流動過程中將熱量傳遞到除冰區表面，破壞冰層和蒙皮間的粘附強度，在氣動力或慣性力的幫助下，達到除冰的目的。熱氣防冰腔-笛形管結構是熱氣防冰系統的核心部件，我國正在研制的支線客機ARJ21以及大型客機C919就是采用這種結構，實際上就是一種傳熱傳質的氣體熱交換器，它的防冰能量來自于發動機引氣，通常采用連續性加熱方式。所以，當外部熱載荷條件一定的前提下，如何提高防冰腔和笛形管內部的換熱效率，對于降低飛機發動機的防冰代償損失近而提高飛機的安全性能至關重要。

建立一套基于結冰風洞的熱氣防冰實驗系統，是開展飛機熱氣防冰實驗研究的核心和基礎，而其中的關鍵技術，是在發動機熱引氣流量、溫度和壓力等范圍內如何提高其控制精度,以滿足飛機熱氣防冰實驗的要求。美國、英國、加拿大等發達國家在結冰風洞熱氣防冰實驗方法和實驗裝置處于領先地位，但長期對中國處于技術封鎖的狀態，而這方面幾乎沒有公開的文獻資料，因此，本發明人面對這種技術困境，立足于自給自足解決問題的策略，對結冰風洞熱氣防冰實驗系統的關鍵問題進行了研究，并較好的解決了大量程下的高精度防冰熱氣流量、溫度和壓力控制策略和方法，為研制結冰風洞大流量高精度防冰熱氣實驗系統奠定了基礎。

發明內容

本發明的目的是針對結冰風洞實驗平臺，提出了飛機熱氣防冰腔之前的流量、壓力、溫度等高精度調節方法和裝置，直接應用于航空飛行器熱氣防冰裝置的實驗研究中，也可以用于對風力機、高速列車和輸電設備等防冰部位進行熱氣防冰實驗，也可以應用于工業換熱設備的傳熱傳質實驗研究。既可以應用于結冰風洞中，也可以應用于其它類似的地面實驗設備中。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高精度的結冰風洞熱氣防冰試驗模擬裝置，從氣體輸入方向到輸出方向依次包括氣源、減壓裝置、空氣加熱器、多級電加熱裝置和試驗段，所述減壓裝置后的氣路分為兩路，一路為主路、進入空氣加熱器進行，另一路為支路、與空氣加熱器加熱后的空氣進行混流，所述多級電加熱裝置與試驗段之間設置有氣動切換閥將氣路分為兩路，一路氣體進入試驗段并通過試驗模型的防冰腔、笛形管后流出試驗段并進行流量測量，另一路從試驗段外部的結冰風洞駐室內流過并進行流量測量，所述試驗段內的氣路布設與試驗段外的氣路布設一致，模型主路與模擬旁路在通過風洞試驗段后合并為一路，并通過流量計和消音裝置排出。

在上述技術方案中，所述氣源分為氣壓在2Mpa～22MPa的高壓氣源和氣壓小于2Mpa的中壓氣源兩種。

在上述技術方案中，所述減壓裝置包括兩個串聯減壓閥，從氣源方向的第一一個減壓閥為一級減壓，第二個減壓閥為二級減壓。

在上述技術方案中，如果氣源為中壓氣源，所述中壓氣源直接輸入到二級減壓上進入空氣加熱器。

在上述技術方案中，減壓裝置后的兩路氣路上均設置有調節閥，用于控制兩路氣路上的流量。

在上述技術方案中，多級電加熱裝置包括串聯的一級電加熱裝置和二級電加熱裝置。

在上述技術方案中，所述電加熱裝置包括纏繞在氣路管道表面的電加熱帶，或設置在氣路管道內部的電加熱絲。