CN104648692B - 吹风淋雨系统及降雨模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种吹风淋雨系统，其用于飞机风挡除雨系统试验。该吹风淋雨系统包括：吹风系统，其采用直流式低速风洞并在所述风洞中设有变频风扇；淋雨系统，其包括水泵和淋雨装置，水泵输送自来水到淋雨装置，淋雨装置包括框架以及安装在框架中的翼型板，翼型板在其后缘设有多个喷嘴，多个喷嘴的喷射方向平行于翼型板的弦长方向；以及测控系统，其包括风速传感器、雨量传感器以及控制器，控制器根据风速传感器的反馈来调节变频风扇的频率以调整风速，并根据雨量传感器的反馈来调节水泵的转速以调整雨量。本发明还提供一种采用所述吹风淋雨系统的降雨模拟方法。

Description

吹风淋雨系统及降雨模拟方法

技术领域

本发明涉及一种吹风淋雨系统及降雨模拟方法。特别地，涉及一种在试验室进行风挡除雨系统试验时，采用吹风淋雨系统在地面上模拟一定雨天条件下的降雨环境的方法。

背景技术

试验室在进行风挡除雨系统试验时，如何真实地模拟降雨环境显得至关重要，降雨环境如不真实则不能反映风挡除雨系统的实际性能。

目前验证飞机风挡除雨系统性能试验时都是采用垂直淋雨方式进行降雨模拟，这种淋雨方式并未考虑飞机在实际飞行时来流风速对风挡除雨系统的影响，例如对于风挡雨刷系统，高速气流会对雨刷臂的压紧力、雨刷刃与风挡表面的贴合程度造成一定的影响，从而影响雨刷系统的除雨效果；对于风挡排雨系统而言，高速气流对除雨液在风挡表面的喷洒范围、喷洒均匀性有很大的影响，从而影响除雨液的除雨效果。试验室可以通过风洞吹风模拟风挡玻璃与自由来流的相对速度，但高风速下降雨模拟若是采用垂直淋雨方式，雨滴很难穿透吹风层，会造成高风速降雨不均匀。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明设计了一种吹风淋雨系统，其可以实现风挡除雨试验有自由来流时的降雨模拟。

根据本发明的第一个方面，提供一种用于飞机风挡除雨系统试验的吹风淋雨系统，所述吹风淋雨系统包括：

吹风系统，其采用直流式低速风洞并在所述风洞中设有变频风扇；

淋雨系统，其包括水泵和淋雨装置，所述水泵输送自来水到所述淋雨装置，所述淋雨装置包括框架以及安装在所述框架中的翼型板，所述翼型板在其后缘设有多个喷嘴，所述多个喷嘴的喷射方向平行于所述翼型板的弦长方向；以及

测控系统，其包括风速传感器、雨量传感器以及控制器，所述控制器根据风速传感器的反馈来调节变频风扇的频率以调整风速，并根据所述雨量传感器的反馈来调节水泵的转速以调整雨量。

其中，所述风洞包括依次布置的喇叭型进口段、动力段、大角度扩散段、稳定段和收缩段，试验区位于所述风洞的出口处，所述变频风扇布置在所述动力段，所述淋雨系统的淋雨装置布置在所述试验区。

其中，所述多个喷嘴包括具有不同直径的喷嘴。例如，通过三组淋雨喷嘴能够分别模拟小雨滴直径、中雨滴直径和大雨滴直径的降雨。

根据本发明的第二个方面，提供一种采用所述吹风淋雨系统的降雨模拟方法，所述降雨模拟方法包括步骤：

(1)根据模拟静止时降雨环境还是飞行时降雨环境，安装淋雨系统的淋雨装置，若模拟的是静止时降雨环境，所述淋雨装置被布置成翼型板的弦长方向垂直于水平方向，使得所述淋雨装置的喷嘴沿着垂直方向向下喷射；若模拟的是飞行时降雨环境，所述淋雨装置被布置成翼型板的弦长方向平行于水平方向，使得所述淋雨装置的喷嘴沿着水平方向喷射；

(2)根据模拟静止时降雨环境还是飞行时降雨环境，选择是否开启风洞进行吹风，若模拟的是静止时降雨环境，则不需要开启风洞进行吹风；若模拟的是飞行时降雨环境，则需要开启风洞进行吹风；

(3)开启淋雨系统中的供水阀门，根据需要模拟的雨滴直径范围，开启控制不同直径的喷嘴组合的阀门，打开自来水开关，最后开启水泵，使整个淋雨系统开始运转；

(4)将目标试验区域内的风速、雨滴直径及强度调节到与需要模拟的降雨环境一致，开始进行风挡除雨系统试验。

其中，在所述步骤(4)中，测控系统的控制器根据风速传感器的反馈来调节变频风扇的频率以调整风速，并根据雨量传感器的反馈来调节水泵的转速以调整雨量。

本发明中翼型板的布置可以减小吹风状态下淋雨喷嘴对自由来流的影响，实现均匀地降雨。通过改变淋雨装置的位置能够分别模拟飞机静止和飞行时的降雨环境，通过三组淋雨喷嘴能够分别模拟小雨滴直径、中雨滴直径和大雨滴直径的降雨，并通过不同喷嘴组合及水压调节可以实现不同雨滴直径及雨量的模拟。

附图说明

本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，其中：

图1示出了根据本发明的吹风淋雨系统的基本结构；

图2示出了图1中的淋雨装置；

图3示出了模拟静止降雨时和模拟飞行降雨时淋雨装置的布置；

图4示出了根据本发明的淋雨装置的喷嘴的布置；以及

图5示出了根据本发明的淋雨系统的原理。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其它实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。

本发明主要提出一种用于飞机风挡除雨系统试验室试验的吹风淋雨系统及降雨模拟方法，采用该系统及方法可以在试验室实现风挡除雨系统试验时的降雨环境模拟。

根据本发明的吹风淋雨系统主要包括吹风系统10，淋雨系统20以及测控系统30。吹风系统10采用直流式低速风洞并设有变频风扇。淋雨系统20包括水泵21和淋雨装置22，水泵21输送自来水到淋雨装置22，淋雨装置22包括框架23以及安装在框架23中的翼型板24。这里的翼型板24具有与机翼类似的形状，具有前缘和后缘，翼型板24的弦长方向是指沿着翼型板24的前缘到翼型板24的后缘的方向。翼型板24在其后缘设有多个喷嘴25，喷嘴25的喷射方向平行于翼型板24的弦长方向。这些喷嘴可具有不同的直径。框架的两侧设有供水的水管。例如，通过三组淋雨喷嘴能够分别模拟小雨滴直径、中雨滴直径和大雨滴直径的降雨。测控系统30包括风速传感器31、雨量传感器32以及控制器(未示出)，控制器根据风速传感器31的反馈来调节变频风扇的频率以调整风速，并根据雨量传感器32的反馈来调节水泵的转速以调整雨量，由此模拟不同的降雨环境。

如图1所示，吹风系统10采用直流式低速风洞，直流式低速风洞主要包括喇叭型进口段11、动力段12、大角度扩散段13(兼圆变方渐变段)、稳定段14(矩形)和收缩段15。试验区位于所述风洞的出口处，用于飞机风挡除雨系统试验的试验件40布置在试验区。风洞出口大小需保证吹风范围能够覆盖风挡除雨试验区域，动力段采用变频轴流风扇，可以调节风扇的频率以达到需求的吹风风速。

如图2-3中所示，淋雨装置20的外部框架大小根据风挡试验区域设计，内部装有淋雨喷嘴，为了减小吹风状态下淋雨喷嘴对自由来流的影响，实现均匀地降雨，将淋雨喷嘴布置在风阻系数较小的翼型(NACA0012)之中。淋雨装置上设计有固定带26和吊耳27，若模拟的是飞行时降雨环境则通过固定带26将淋雨装置22与支架固定；若模拟的是静止时降雨环境则通过吊耳27将淋雨装置22与支架固定。

如图4所示，淋雨喷嘴布置是基于射流理论，首先根据喷嘴特性得出单个喷嘴射流主体段覆盖区域，如图所示，根据喷射角A、喷嘴极点O到主体段之间的距离D计算主体段的范围，然后根据整个淋雨装置的大小确定最终的淋雨喷嘴布置，这样可以保证淋雨的均匀性和经济性。

根据需模拟的雨滴直径、雨量范围选择了三种喷嘴组合分别模拟小雨滴直径、中雨滴直径和大雨滴直径的降雨，可以根据不同的试验需求，开启不同的喷嘴组合，实现对雨滴直径的控制。

如图5所示，淋雨系统供水采用市政管网提供的自来水作为水源，为防止水中杂质堵塞淋雨喷头，设置了软化水处理器28，过滤水中的固体杂质，并同时降低水的硬度，处理完后的水进入不锈钢水箱29，再通过水泵21加压后供给喷嘴25，管道中设有多个调整自来水流速的阀门。

根据本发明的降雨模拟方法采用前面实施例中描述的吹风淋雨系统，该方法包括步骤：

(1)根据模拟静止时降雨环境还是飞行时降雨环境，安装淋雨系统的淋雨装置，若模拟的是静止时降雨环境，淋雨装置被布置成翼型板的弦长方向垂直于水平方向(图3中右上方)，使得淋雨装置的喷嘴沿着垂直方向向下喷射；若模拟的是飞行时降雨环境，淋雨装置被布置成翼型板的弦长方向平行于水平方向(图3中左下方)，使得淋雨装置的喷嘴沿着水平方向喷射；

(2)根据模拟静止时降雨环境还是飞行时降雨环境，选择是否开启风洞进行吹风，若模拟的是静止时降雨环境，则不需要开启风洞进行吹风；若模拟的是飞行时降雨环境，则需要开启风洞进行吹风；

(3)开启淋雨系统中的供水阀门，根据需模拟的雨滴直径范围，开启控制不同直径的喷嘴组合的阀门，打开自来水开关，最后开启水泵，使整个淋雨系统开始运转；

(4)将目标试验区域内的风速、雨滴直径及强度调节到与需要模拟的降雨环境一致，开始进行风挡除雨系统试验。

其中，在所述步骤(4)中，测控系统的控制器根据风速传感器的反馈来调节变频风扇的频率以调整风速，并根据雨量传感器的反馈来调节水泵的转速以调整雨量。

本发明中翼型板的布置可以降低吹风状态下淋雨喷嘴对自由来流的扰动以及堵塞影响，稳定自由来流，实现均匀地降雨。

本发明可以实现用于试验室风挡除雨系统试验所需的降雨环境模拟，尤其是飞机飞行时有自由来流相对速度时的降雨环境模拟，该方法操作简单、灵活易实施。采用该种方法可以在地面实现降雨环境的真实模拟，为风挡除雨系统试验提供降雨气象条件。

以上已揭示本发明的具体实施例的技术内容及技术特点，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公开的各种特征和未在此明确示出的特征的组合作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施例的描述是示例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。

Claims (3)

1.一种降雨模拟方法，其用于飞机风挡除雨系统试验，所述降雨模拟方法采用吹风淋雨系统，所述吹风淋雨系统包括：

吹风系统，其采用直流式低速风洞并在所述风洞中设有变频风扇；

淋雨系统，其包括水泵和淋雨装置，所述水泵输送自来水到所述淋雨装置，所述淋雨装置包括框架以及安装在所述框架中的翼型板，所述翼型板在其后缘设有多个喷嘴，所述多个喷嘴的喷射方向平行于所述翼型板的弦长方向；以及

测控系统，其包括风速传感器、雨量传感器以及控制器，所述控制器根据风速传感器的反馈来调节变频风扇的频率以调整风速，并根据所述雨量传感器的反馈来调节水泵的转速以调整雨量；

其特征在于，所述降雨模拟方法包括步骤：

(1)根据模拟静止时降雨环境还是飞行时降雨环境，安装淋雨系统的淋雨装置，若模拟的是静止时降雨环境，所述淋雨装置被布置成翼型板的弦长方向垂直于水平方向，使得所述淋雨装置的喷嘴沿着垂直方向向下喷射；若模拟的是飞行时降雨环境，所述淋雨装置被布置成翼型板的弦长方向平行于水平方向，使得所述淋雨装置的喷嘴沿着水平方向喷射；

(2)根据模拟静止时降雨环境还是飞行时降雨环境，选择是否开启风洞进行吹风，若模拟的是静止时降雨环境，则不需要开启风洞进行吹风；若模拟的是飞行时降雨环境，则需要开启风洞进行吹风；

(3)开启淋雨系统中的供水阀门，根据需要模拟的雨滴直径范围，开启控制不同直径的喷嘴组合的阀门，打开自来水开关，最后开启水泵，使整个淋雨系统开始运转；

(4)将目标试验区域内的风速、雨滴直径及强度调节到与需要模拟的降雨环境一致，开始进行风挡除雨系统试验。

2.根据权利要求1所述的降雨模拟方法，其特征在于，所述风洞包括依次布置的喇叭型进口段、动力段、大角度扩散段、稳定段和收缩段，试验区位于所述风洞的出口处，所述变频风扇布置在所述动力段，所述淋雨系统的淋雨装置布置在所述试验区。

3.根据权利要求1所述的降雨模拟方法，其特征在于，所述多个喷嘴包括具有不同直径的喷嘴。