地面结冰条件模拟系统

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地面结冰条件模拟系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种地面结冰条件模拟系统，尤其涉及一种用于在室外低温环境中对试验件的防/除冰能力进行验证的地面结冰条件模拟系统。\n背景技术\n[0002] 在大型民用飞机的适航取证过程中，FAR25部和CCAR25部的1093(b)(2)条款要求申请人必须向局方表明在地面冻雾天气的条件下，短舱防冰系统具备足够的防冰能力。因此申请人需要进行一次试验，以验证飞机在航线运营过程中遇到冻雾天并且需要等待起飞的过程中，在发动机进气道前缘没有结冰产生。\n[0003] 适航条款中所要求的结冰气象条件在自然环境中很难寻找到。为了突破环境条件的限制，国外的民用飞机型号可以使用军方的大型气候试验室进行试验，但国内尚不具备相关试验条件。\n发明内容\n[0004] 本发明的主要目的是提供一种在地面、室外低温环境中模拟结冰条件的模拟系统，该模拟系统产生液态水含量(LWC)和水滴直径(MVD)可以调节的水雾，将水雾喷射到试验件(例如飞机的发动机进气道)附近，即可确保飞机可以在室外环境下进行条款所要求的试验。\n[0005] 为了达到上述目的，本发明提供的地面结冰条件模拟系统包括：喷雾装置，其包括带喷嘴的喷雾杆及其附属管路，所述附属管路包括进气管和进水管；供水装置，其与所述进水管连通，将经过纯化处理的水送至所述喷嘴；气源装置，其与所述进气管连通，将经过纯化处理的高压空气送至所述喷嘴；风源装置，其模拟风洞，以将均匀稳定的空气流送至所述啧雾装置；以及测控装置，其控制整个模拟系统，并实时显示试验参数。\n[0006] 优选地，所述喷雾装置包括覆盖试验件的整个截面的多个喷雾杆，每个喷雾杆具有翼型包络表面。进一步地，所述翼型包络表面与所述附属管路之间可设有保温夹套，所述附属管路可设有电加热保温层。\n[0007] 优选地，所述供水装置包括水净化装置、储水箱以及相应的供水管路、水泵和阀门。其中，所述储水箱中可连接有电加热器。\n[0008] 优选地，所述气源装置包括进气过滤装置、空压机和稳压罐以及相应的供气连接管路和阀门。进一步，所述气源装置还可包括组合式微热干燥器和电加热器。\n[0009] 优选地，所述风源装置包括收集段、动力段、扩散段和稳定段，其中所述动力段的入口处安装有防护网，所述扩散段内安装有防分离网，所述稳定段内安装有蜂窝器。\n[0010] 进一步地，所述模拟系统还包括运输及支撑固定各装置的车载及支撑固定装置，其包括全挂车和支腿装置。\n[0011] 更进一步地，所述模拟系统还包括高度调节装置，其承载所述喷雾装置和所述风源装置，并通过电动推杆升降机构将所述喷雾装置和所述风源装置升降到所需高度。\n[0012] 采用本发明的地面结冰条件模拟系统，可在室外低温环境下产生LWC和MVD满足要求的水雾，并且模拟系统中还采用了加热保温措施以确保顺畅喷出热水雾，避免了喷射过程中发生冻结，可有效模拟地面冻雾气象条件，为验证飞机短舱防/除冰能力提供了强有力的保障。\n附图说明\n[0013] 本发明的更多特征及优点将通过下面结合附图对具体实施方式的进一步详细说明来更好地理解。其中：\n[0014] 图1a为根据本发明一优选实施方式的地面结冰条件模拟系统中的喷雾装置的截面示意图；\n[0015] 图1b为图1a所示的喷雾装置从另一角度看的截面示意图，示出了进气管和进水管；\n[0016] 图2为根据本发明优选实施方式的地面结冰条件模拟系统中的风源装置的截面示意图；\n[0017] 图3a为根据本发明优选实施方式的地面结冰条件模拟系统中的高度调节装置的示意图；\n[0018] 图3b为图3a所示的高度调节装置的另一示意图；\n[0019] 图4为根据本发明优选实施方式的地面结冰条件模拟系统的组成示意图。\n具体实施方式\n[0020] 下面将具体描述根据本发明优选实施方式的地面结冰条件模拟系统。本发明的地面结冰条件模拟系统主要包括喷雾装置100、供水装置200、气源装置300、风源装置400以及对这些装置实现模拟控制并实时显示试验参数的测控装置500。\n[0021] 首先参见图1a和图1b，其示出了根据本发明的喷雾装置100及其附属管路。该喷雾装置的主要作用是形成试验所需的人工云，并保证粒子直径和液态水含量达到试验规定的指标，以满足对试验件例如飞机发动机的防/除冰试验结果的准确性的要求。不同的雾化器可以产生不同的雾化效果，本发明的技术方案采用的是二流体气流式雾化方式，其原理是利用压缩空气高速从喷嘴喷出并与另一通道输送的纯化水混合，借助空气与水两相间压力差异，把液态水分散成雾滴。\n[0022] 基于上述原理，本发明的喷雾装置100包括带喷嘴101的多个喷雾杆102以及支撑骨架103、进气管104和进水管104′。多个喷雾杆102的喷嘴101直接面向试验件\n600(图4)的测试截面，并且喷雾杆优选采用翼型包络表面，从而使通过型面的气流稳定。\n各个管路上可设有电加热保温层，所述翼型包络表面与各管路之间还可设有保温夹套以起到保温作用，避免喷雾过程中出现结冰现象。当然，在喷嘴101上也可额外设有电热夹套。\n在低温试验过程中，喷嘴101保持供气状态，在喷嘴内气体通道包围着水通道(气包水)，这也可进一步避免喷嘴发生冻结。\n[0023] 模拟风洞的风源装置直接对准上述喷雾装置，用以将均匀稳定的空气流送至所述喷雾装置。图2示出了根据一种实施方式的风源装置400，其由收集段401、动力段402、扩散段403和稳定段404四部分组成。动力段402设置有风扇，并且在入口处安装有一层防护网405以防止吸入异物打坏风扇。扩散段403内安装有一层防分离网406以防止气流发生分离。稳定段404内可安装一层蜂窝器407以降低出流湍流度。在风源装置400的最末端，还可设置有喷雾格栅408，这样，多个喷雾杆可置于喷雾格栅中的对应位置上，以覆盖试验件的整个截面。在这种模拟风洞的风源装置400中，风扇向右端扩散段403鼓风而使空气从左端收集段401进入风洞的稳定段404。稳定段404的蜂窝器407使气流得到梳理与和匀，并在实验段即喷雾格栅408中形成流动方向一致、速度均匀的稳定气流，以取得作用在试验件上的空气动力实验数据。上述喷雾杆采用翼型包络表面，可以进一步促进气流的稳定。\n[0024] 根据本发明，在喷雾装置100的进气管104和进水管104′处分别连通有供水装置\n200和气源装置300。此时可参见图4，其示出了根据本发明的地面结冰条件模拟系统的主要组成部分。供水装置200的主要作用是对自来水进行纯化处理，使出水电阻率达到一定要求，通过加热、加压，按一定流量要求送至喷雾装置100上的喷嘴101使用。该供水装置\n200主要包括水净化装置201、储水箱202以及相应的供水管路、水泵和阀门。其中，水净化装置201的作用在于去掉自来水中的结冰核，以使供应的纯水在零度以下不会结冰。并且，在所述储水箱202中还可连接有电加热器，这进一步避免了结冰现象的发生。\n[0025] 气源装置300的主要作用是向喷雾装置100上的喷嘴101提供具有一定温度的纯净高压空气，用以雾化纯化水。该气源装置300主要由进气过滤装置301、空压机和稳压罐\n302以及相应的供气连接管路和各种阀门等组成。为了去除空气中的水分以及防止喷雾过程中结冰，还可设置有组合式微热干燥器和电加热器。\n[0026] 测控装置500的主要作用是控制整个模拟系统，包括风洞风速、升降机构的作动、供水和供气压力的调节，并实时显示所有的试验参数。该测控装置主要由车载计算机、可编程控制器、变频控制柜、变频电机、喷雾装置控制柜等组成，这些组成部分应为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。值得一提的是，测控装置500中可设置有结冰条件测试器501，用以随时读取测试环境中的结冰参数，这对顺利准确地进行地面结冰条件模拟试验来说大有裨益。\n[0027] 根据一种实施方式，本发明的模拟系统还可包括运输及支撑固定所述模拟系统的车载及支撑固定装置，该装置主要由全挂车和支腿装置组成。全挂车的主要作用是在试验前可方便移动啧雾装置、风源装置、供水和气源装置、测控装置等的位置，挂车设计有通用的机械接口，可以与飞机拖车直接连接。支腿装置的作用则是在试验和运输过程中，当各试验装置的位置确定之后，通过支腿将装置固定在地面或运输车上。\n[0028] 根据一种实施方式，本发明的模拟系统还可包括高度调节装置，其主要作用是将喷雾装置及其附属管路以及风源装置升高到合适的高度，以满足尾吊发动机的试验要求。\n该高度调节装置优选采用电动推杆升降的结构方式。图3a和图3b示例性地示出了这样一种实施方式，其中，高度调节装置700包括升降导轨701和可沿该升降导轨701滑行的升降推杆702，并且驱动电机703连接到升降推杆702。在该实施方式中，还可设置与驱动电机电连接的减速箱704。当然，实现高度调节的方式并不限于图中所示实施方式，例如，还可采用拖链滑轨的升降方式。\n[0029] 下面简单概括采用本发明的地面结冰条件模拟系统进行试验操作的过程，具体可包括：\n[0030] 1、组装模拟系统的各个装置；\n[0031] 2、使用拖车调整模拟装置的位置，使用支腿装置将模拟装置固定在地面上；\n[0032] 3、接通模拟装置的总电源，初始化测控装置，开始进行数据记录；\n[0033] 4、将经过水净化处理的净化水注入储水箱，接通电源加温；\n[0034] 5、打开气源装置，并使空压机和稳压罐中的压力值维持在一定水平；\n[0035] 6、通过测控装置的高度调节模块调整喷雾装置和风源装置的升降高度，以满足试验要求；\n[0036] 7、打开风源装置，使风速维持在一定的水平；\n[0037] 8、打开喷雾装置，通过调节喷雾装置的供气和供水压力，使喷出的水雾满足要求；\n[0038] 9、通过结冰条件测试器随时读取环境中的结冰参数；\n[0039] 10、试验结束后关闭喷雾装置；\n[0040] 11、关闭风源装置；\n[0041] 12、降低喷雾装置和风源装置的高度到初始位置；\n[0042] 13、切断风源装置和储水箱的电源；\n[0043] 14、关闭测控装置，关闭总电源。\n[0044] 本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。应意识到的是，本发明的地面结冰条件模拟系统可适用于各种需要测试防/除冰能力的试验件，而非仅限于飞机发动机的进气道前缘。上述实施例的描述仅是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。