CN104345127A - 一种冰刀试验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冰刀试验装置。包括支撑架，支撑架的顶部设置有安装板，安装板上固定设置有刀具架、防护罩架和驱动器等；还包括冰刀和防护罩，所述冰刀的一端固定在刀具架上，冰刀处于风洞中心位置并前缘工作面垂直于来流，防护罩可以转动从而使冰刀具有两个状态，即被罩住和不被罩住两个状态，通过测量冰刀前缘的结冰厚度就可计算出风洞对应的液态水含量值。本发明属于结冰风洞中液态水含量测量标定的首创设备，其结构和工作原理简单，填补了本领域的空白，具有良好的实施效果。

Description

一种冰刀试验装置及测试方法

技术领域

本发明属于风洞试验领域，具体的是涉及在结冰风洞中的对风洞中液态水含量测试的一种冰刀试验装置及测试方法。

背景技术

结冰风洞属于特种风洞，与常规风洞相比，它可以产生云雾环境，从而模拟飞行器的结冰大气环境。云雾环境中包含一项重要指标参数，即液态水含量，为了对结冰试验结果进行分析对比研究，每次结冰试验前必须对液态水含量进行标定测量。我国首座大型结冰风洞已经建成，然而却缺乏相应的测量液态水含量的装置和方法，给风洞试验带来了困扰。

发明内容

针对上述情况，本发明目的是基于冰的生长原理，提供一种冰刀试验装置，将冰刀试验装置置于结冰风洞试验环境下，并使工作刀处于来流条件下一段时间，工作刀前缘就会附着一定量的冰，试验结束后测量工作刀上收集的冰型厚度就可以计算出风洞对应的液态水含量值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种冰刀试验装置，包括支撑架，支撑架的顶部设置有安装板，安装板上固定设置有刀具架、防护罩架和驱动器等；还包括冰刀和防护罩，所述冰刀的一端固定在刀具架上；所述防护罩的一端设置有轴承，通过转动轴连接在防护罩架上，转动轴的一端连接到驱动器上；所述防护罩能沿着轴承转动且能将冰刀罩住。

在上述技术方案中，所述安装板与水平面平行，且冰刀固定在刀具架上与安装板垂直。

在上述技术方案中，所述防护罩水平安装在防护罩架上，且能沿着轴承做0°～90°的摆动。

在上述技术方案中，所述冰刀与防护罩处于同一垂直面内，防护罩转动90°后将冰刀罩住。

在上述技术方案中，所述支撑架包括有若干支撑腿，所述支撑腿的高度可调。

在上述技术方案中，所述支撑架上的其中一根支撑腿为内部中空结构。

在上述技术方案中，所述驱动器的传输线缆穿过支撑腿内部中空结构与外部连接。

本发明的另一目的是提供一种冰刀试验测试方法，该方法包括以下步骤：

将冰刀试验装置固定设置在风洞壁板上，调节支撑腿的高度使得装置上的冰刀处于风洞试验段的中心；

试验前控制防护罩处于关闭状态，也就是防护罩处于罩住冰刀位置；

开始试验，等到风洞中流场稳定后，控制驱动器打开防护罩，使工作刀迎风面置于来流中，其上会开始附着冰，当冰的生成厚度达到一定量后关闭防护罩；

试验结束后，打开防护罩，测量冰刀前缘收集的冰型厚度，通过计算得到风洞对应状态下的液态水含量值。

在上述过程中，所述冰刀处于风洞试验段中心且冰刀的前缘面与风洞来流垂直。

为保证本发明在工作中能稳定可靠的实施，防护罩运动速度要求高，其加工制造宜选择强度高质量轻的材料如碳纤维，从而可以降低对驱动力的要求，为了保证流场不受影响，因此驱动器的电源线和数据传输线均通过支撑腿内部的中空结构连接至风洞外部，这样既能有效避免摇摆不停的线路对风洞流场的影响又保证了装置的整体美观。

本发明的优点在于：本装置采用了一种基于冰的生长原理的测量方法，装置结构简单，易于实施，能够克服结冰风洞低湿高湿的恶劣工作环境，且支撑架高度可调能应用于不同尺寸的试验段。该装置用于结冰风洞中液态水含量的测量也属于首创，因此该装置有效的解决了目前液态水含量测试的难题。

附图说明

图1是本发明冰刀装置的结构示意图；

图2是冰刀装置在风洞试验段的安装示意图；

其中：1是支撑架，2是安装板，3是防护罩架，4是刀具架，5是冰刀，6是驱动器，7是防护罩，8是支撑腿。

具体实施方式

如图1所示，为本发明所述的冰刀装置，该装置主要包括两部分，一部分为支撑架，支撑架由支撑腿和支撑面组成，下支撑面用于固定支撑架到风洞壁板上，上支撑面用于固定冰刀装置，支撑腿中的其中一根或若干根的内部为中空结构，用于穿线，且支撑腿的高度为可调节的以适应不同尺寸的试验段。

另一部分为冰刀装置部分，包括一个安装板，安装板固定设置在支撑架的上支撑面上，且安装板、上支撑面、下支撑面三者均与水平面平行。安装板上一共设置有刀具架、防护罩架和驱动器三部分，刀具架上固定有冰刀，冰刀的安装方向与安装板垂直，防护罩架上安装有防护罩，防护罩的一端设置有轴承，转动轴穿过防护罩上的轴承使得防护罩固定在防护罩架上，转动轴的一端与驱动器连接，由驱动器开始工作给转动轴提供动力。防护罩停止状态下与安装面平行，且与冰刀成90°夹角，冰刀与防护罩在同一垂直面上。驱动器的工作电源线和数据传输线通过支撑腿内的中空结构，可以直接将线引出，避免因为线裸露在外，受风力影响飘动，同时影响流场。

如图2所示，将整个装置固定在风洞壁上，调节支撑腿的高度，使得冰刀处于风洞试验段中心并使其前缘面与来流垂直，试验前使防护罩处于关闭状态，保护工作刀前缘不受影响，当结冰风洞流场稳定后，将工作刀前的防护罩打开，使工作刀迎风面置于来流中，其上会开始附着冰，当冰的生成厚度达到一定量后关闭防护罩，试验结束。通过测量工作刀前缘收集的冰型厚度就可用下式计算出风洞对应状态下的液态水含量。

$\mathrm{LWC}=\frac{C*{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ice}}*\mathrm{\ΔS}}{E_b*V*t}$

其中，LWC为风洞液态水含量值，C为单位转换常数,ρ_ice为冰的密度(假定为常数)，△S为冰刀迎风面所收集冰的厚度，E_b为冰刀的收集效率(总收集系数)，V为风速，t为暴露时间。

实施例一

某次结冰试验，先将冰刀试验装置固定在风洞壁板上，防护罩关闭，开始吹风和喷雾，风速给定105m/s，流场稳定后，驱动控制防护罩快速打开，让工作刀前缘开始收集冰型，试验90s后，关闭防护罩，停止喷雾停止吹风，之后进去测量工作刀前缘收集的冰型厚度△S为5mm，C取1，ρ_ice取为880Kg/m³，E_b取为0.95，经过计算风洞在此种状态下的液态水含量LWC＝0.49g/m³。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种冰刀试验装置，其特征在于包括支撑架，支撑架的顶部设置有安装板，安装板上固定设置有刀具架、防护罩架和驱动器等；还包括冰刀和防护罩，所述冰刀的一端固定在刀具架上；所述防护罩的一端设置有轴承，通过转动轴连接在防护罩架上，转动轴的一端连接到驱动器上；所述防护罩能沿着轴承转动且能将冰刀罩住。

2.根据权利要求1所述的一种冰刀试验装置，其特征在于所述安装板与水平面平行，且冰刀固定在刀具架上与安装板垂直。

3.根据权利要求1所述的一种冰刀试验装置，其特征在于所述防护罩水平安装在防护罩架上，且能沿着轴承做0°～90°的摆动。

4.根据权利要求2或3所述的一种冰刀试验装置，其特征在于所述冰刀与防护罩处于同一垂直面内，防护罩转动90°后将冰刀罩住。

5.根据权利要求1所述的一种冰刀试验装置，其特征在于所述支撑架包括有若干支撑腿，所述支撑腿的高度可调。

6.根据权利要求5所述的一种冰刀试验装置，其特征在于所述支撑架上的其中一根支撑腿为内部中空结构。

7.根据权利要求1或6所述的一种冰刀试验装置，其特征在于所述驱动器的传输线缆穿过支撑腿内部中空结构与外部连接。

8.一种冰刀试验测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

将冰刀试验装置固定设置在风洞壁板上，调节支撑腿的高度使得装置上的冰刀处于风洞试验段的中心；

试验前控制防护罩处于关闭状态，也就是防护罩处于罩住冰刀位置；

开始试验，等到风洞中流场稳定后，控制驱动器打开防护罩，使工作刀迎风面置于来流中，其上会开始附着冰，当冰的生成厚度达到一定量后关闭防护罩；

试验结束后，打开防护罩，测量冰刀前缘收集的冰型厚度，通过计算得到风洞对应状态下的液态水含量。

9.根据权利要求8所述的一种冰刀试验测试方法，其特征在于所述冰刀处于风洞试验段中心且冰刀的前缘面与来风洞来流垂直。