CN110411703A - 结冰风洞防除冰供气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结冰风洞防除冰供气系统，通过主供气气源管向模型管路输送防除冰试验用加热气流；主供气气源管路包括高压气源供气管路和中压气源供气管路；高压气源供气管路通过冷热气掺混快速调节供气温度，减少加热器热滞对温度控制调节时间的影响，冷热气掺混后形成防除冰试验用加热气流；模型管路在加热气流进入风洞驻室前，先测量加热气流的压力流量特性，缩短模型供气的控制响应时间，减少试验模拟的不准确环节。本发明结冰风洞防除冰供气系统，能为试验段内的机翼热气防冰系统提供模拟主引射流的加热气流，且系统工作安全可靠、性能优良、结构简单、操作方便、抗干扰性能好、造价低廉。
Description
技术领域
本发明涉及结冰风洞防除冰供气系统。
背景技术
欧美等航空业发达国家非常重视结冰风洞在飞行器防除冰系统研究中的地位与作用，要求每个飞机型号都必须经过严格的防除冰系统的试验验证，这也是结冰适航规范要求的必备内容之一。经过多次升级、改造，意大利在CIRA的IWT结冰风洞、美国在NASA的IRT结冰风洞，分别配备了功能齐全的防除冰试验系统，配备了多种测温、测压、测流量和光学的测试仪器，不仅可以在结冰风洞中开展飞机防除冰系统的验证工作，还可以开展不同参数和结构对飞机防除冰系统的影响研究工作。国外长期的结冰研究表明：利用结冰风洞开展飞行器防除冰系统设计与验证是非常可靠而有效的手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结冰风洞防除冰供气系统，其能为试验段内的机翼热气防冰系统提供模拟主引射流的加热气流。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种结冰风洞防除冰供气系统，通过主供气气源管向模型管路输送防除冰试验用加热气流；所述主供气气源管路包括高压气源供气管路和中压气源供气管路；
所述高压气源供气管路的供气流程如下：从高压配气系统引出的高压气源，通过第一前置过滤器、第一气动球阀、第一后置过滤器后，由高压减压调节阀进行一次减压，出口汇入空气缓冲器，空气缓冲器的出气经第一文丘里流量计、数字阀、三通调节阀后分为两路，一路通过空气加热器，另一路作为冷气旁路，通过冷热气掺混快速调节供气温度，减少加热器热滞对温度控制调节时间的影响，冷热气掺混后形成防除冰试验用加热气流；
所述中压气源供气管路的供气流程如下：从结冰风洞真空泵厂房引出的中压气源，通过第二前置过滤器、手动球阀、第二后置过滤器、第二气动球阀后汇入上述空气缓冲器；
所述模型管路的供气流程如下：上述加热气流经供气切换球阀分成两个支路，支路一通过限流器直接连接至风洞驻室内的试验模型，通过模型喷流后剩余部分热气输送至风洞驻室外，并经过第二文丘里流量计、高温针阀后排入大气；支路二连接至风洞驻室外的针型调节阀，并最终排入大气；由于温度调节控制对象惯性时间较长，在加热气流进入风洞驻室前，先通过支路二测量加热气流的压力流量特性，当加热气流的压力、流量、温度稳定后，再由供气切换球阀将加热气流切换至支路一，缩短模型供气的控制响应时间，减少试验模拟的不准确环节。
优选的，所述高压气源供气管路和中压气源供气管路都采用无缝不锈钢管，且均包裹保温层，保温层材料选择硅酸铝棉。
优选的，所述高压气源的气压为12～22MPa。
优选的，所述中压气源的气压为2MPa。
优选的，所述供气切换球阀采用两位三通的气动阀，设计公称通径DN80，公称压力3.2MPa；阀体密封材料选用耐高温聚四氟乙烯材料，设计切换响应时间0.5s。
优选的，所述第一文丘里流量计用于测量试验模型供气流量，第一文丘里流量计为常温流量计。
优选的，所述第二文丘里流量计用于测量试验模型排除流量，第二文丘里流量计为高温流量计。
优选的，所述高压减压调节阀为气动总压自励针形调节的减压阀，反馈为阀后总压，综合了反馈和流速反馈，操作压力选用3～6MPa的气源，失气失电状态阀门自动快速关闭，具备锁压功能。
优选的，所述三通调节阀采用电动伺服，分流大小根据短期气流温度调节范围确定。
优选的，所述第二前置过滤器和第二后置过滤器的滤芯选用不锈钢烧结滤芯，壳体选用不锈钢，设计工作承压PN25，公称通径DN150，设计工作流量3kg/s，过滤器过滤精度10μm，全流量工作压力损失＜0.05MPa。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种结冰风洞防除冰供气系统，其能为试验段内的机翼热气防冰系统提供模拟主引射流的加热气流，且系统工作安全可靠、性能优良、结构简单、操作方便、抗干扰性能好、造价低廉。
附图说明
图1是本发明的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种结冰风洞防除冰供气系统，通过主供气气源管向模型管路30输送防除冰试验用加热气流；所述主供气气源管路包括高压气源供气管路10和中压气源供气管路20；
所述高压气源供气管路10的供气流程如下：从高压配气系统40引出的高压气源，通过第一前置过滤器11、第一气动球阀12、第一后置过滤器13后，由高压减压调节阀14进行一次减压，出口汇入空气缓冲器15，空气缓冲器15的出气经第一文丘里流量计16、数字阀17、三通调节阀18后分为两路，一路通过空气加热器19，另一路作为冷气旁路，通过冷热气掺混快速调节供气温度，减少加热器热滞对温度控制调节时间的影响，冷热气掺混后形成防除冰试验用加热气流；
所述中压气源供气管路20的供气流程如下：从结冰风洞真空泵厂房50引出的中压气源，通过第二前置过滤器21、手动球阀22、第二后置过滤器23、第二气动球阀24后汇入上述空气缓冲器15；
所述模型管路30的供气流程如下：上述加热气流经供气切换球阀31分成两个支路，支路一61通过限流器直接连接至风洞驻室内的试验模型，通过模型喷流后剩余部分热气输送至风洞驻室外，并经过第二文丘里流量计、高温针阀后排入大气；支路二62连接至风洞驻室外的针型调节阀，并最终排入大气；由于温度调节控制对象惯性时间较长，在加热气流进入风洞驻室前，先通过支路二62测量加热气流的压力流量特性，当加热气流的压力、流量、温度稳定后，再由供气切换球阀31将加热气流切换至支路一61，缩短模型供气的控制响应时间，减少试验模拟的不准确环节。
所述高压气源供气管路10和中压气源供气管路20都采用无缝不锈钢管，且均包裹保温层，保温层材料选择硅酸铝棉。
所述高压气源的气压为12～22MPa。
所述中压气源的气压为2MPa。
所述供气切换球阀31采用两位三通的气动阀，设计公称通径DN80，公称压力3.2MPa；阀体密封材料选用耐高温聚四氟乙烯材料，设计切换响应时间0.5s。
所述第一文丘里流量计16用于测量试验模型供气流量，第一文丘里流量计16为常温流量计。
所述第二文丘里流量计用于测量试验模型排除流量，第二文丘里流量计为高温流量计。
所述高压减压调节阀14为气动总压自励针形调节的减压阀，反馈为阀后总压，综合了反馈和流速反馈，操作压力选用3～6MPa的气源，失气失电状态阀门自动快速关闭，具备锁压功能。
所述三通调节阀18采用电动伺服，分流大小根据短期气流温度调节范围确定。
所述第二前置过滤器21和第二后置过滤器23的滤芯选用不锈钢烧结滤芯，壳体选用不锈钢，设计工作承压PN25，公称通径DN150，设计工作流量3kg/s，过滤器过滤精度10μm，全流量工作压力损失＜0.05MPa。
模型入口的热气防冰技术指标：
a.防冰热气最大流量：1.5kg/s，精度±1%（满量程）；
b.防冰热气最高温度：400℃，精度±2℃；
c.机翼模型防冰热气最大压力：0.4Mpa，精度±1.0%（满量程）；
d.发动机模型防冰热气最大压力：1.4Mpa，精度±1.0%（满量程）。
热气供气系统技术指标及要求：
a.工作气源：高压气源（22MPa）、中压气源（2MPa）；
b.供气气源压力范围：高压12～22MPa，中压1～2MPa：
c.模型入口压力调节范围：0.1～1.4MPa，压力调节控制精度：0.3%，压力调节超调：＜5％；
d.最大设计工作流量：1.5kg/s；
e.主供气气源管路流量：流量调节范围：0.1～1.5kg/s，流量控制精度：±0.3％；
f.供气温度控制：温度范围0～500C(工作流量1.5kg/s时，加热器出口最高热气温度)，控制精度±2℃；
g.气流在进入模型前过滤处理：过滤颗粒直径＜10μm；
h.供气管路及控制阀门等管路设备，需设立过压安全防护装置；
i.紧急情况下，能够对供气气源进行快速操作，以保护试验模型，动作时间＜0.5s；
j.通过以太网接受试验监控系统管理主机的调度管理，如系统运行参数设置、运行数据传输、系统启停等；
k.系统具备完整的手动/自动和本地/远程操作功能。
本发明能为试验段内的机翼热气防冰系统提供模拟主引射流的加热气流，且系统工作安全可靠、性能优良、结构简单、操作方便、抗干扰性能好、造价低廉。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.结冰风洞防除冰供气系统，其特征在于，通过主供气气源管向模型管路输送防除冰试验用加热气流；所述主供气气源管路包括高压气源供气管路和中压气源供气管路；
所述高压气源供气管路的供气流程如下：从高压配气系统引出的高压气源，通过第一前置过滤器、第一气动球阀、第一后置过滤器后，由高压减压调节阀进行一次减压，出口汇入空气缓冲器，空气缓冲器的出气经第一文丘里流量计、数字阀、三通调节阀后分为两路，一路通过空气加热器，另一路作为冷气旁路，通过冷热气掺混快速调节供气温度，减少加热器热滞对温度控制调节时间的影响，冷热气掺混后形成防除冰试验用加热气流；
所述中压气源供气管路的供气流程如下：从结冰风洞真空泵厂房引出的中压气源，通过第二前置过滤器、手动球阀、第二后置过滤器、第二气动球阀后汇入上述空气缓冲器；
所述模型管路的供气流程如下：上述加热气流经供气切换球阀分成两个支路，支路一通过限流器直接连接至风洞驻室内的试验模型，通过模型喷流后剩余部分热气输送至风洞驻室外，并经过第二文丘里流量计、高温针阀后排入大气；支路二连接至风洞驻室外的针型调节阀，并最终排入大气；由于温度调节控制对象惯性时间较长，在加热气流进入风洞驻室前，先通过支路二测量加热气流的压力流量特性，当加热气流的压力、流量、温度稳定后，再由供气切换球阀将加热气流切换至支路一，缩短模型供气的控制响应时间，减少试验模拟的不准确环节。
2.根据权利要求1所述的结冰风洞防除冰供气系统，其特征在于，所述高压气源供气管路和中压气源供气管路都采用无缝不锈钢管，且均包裹保温层，保温层材料选择硅酸铝棉。
3.根据权利要求1所述的结冰风洞防除冰供气系统，其特征在于，所述高压气源的气压为12～22MPa。
4.根据权利要求1所述的结冰风洞防除冰供气系统，其特征在于，所述中压气源的气压为2MPa。
5.根据权利要求1所述的结冰风洞防除冰供气系统，其特征在于，所述供气切换球阀采用两位三通的气动阀，设计公称通径DN80，公称压力3.2MPa；阀体密封材料选用耐高温聚四氟乙烯材料，设计切换响应时间0.5s。
6.根据权利要求1所述的结冰风洞防除冰供气系统，其特征在于，所述第一文丘里流量计用于测量试验模型供气流量，第一文丘里流量计为常温流量计。
7.根据权利要求1所述的结冰风洞防除冰供气系统，其特征在于，所述第二文丘里流量计用于测量试验模型排除流量，第二文丘里流量计为高温流量计。
8.根据权利要求1所述的结冰风洞防除冰供气系统，其特征在于，所述高压减压调节阀为气动总压自励针形调节的减压阀，反馈为阀后总压，综合了反馈和流速反馈，操作压力选用3～6MPa的气源，失气失电状态阀门自动快速关闭，具备锁压功能。
9.根据权利要求1所述的结冰风洞防除冰供气系统，其特征在于，所述三通调节阀采用电动伺服，分流大小根据短期气流温度调节范围确定。
10.根据权利要求1所述的结冰风洞防除冰供气系统，其特征在于，所述第二前置过滤器和第二后置过滤器的滤芯选用不锈钢烧结滤芯，壳体选用不锈钢，设计工作承压PN25，公称通径DN150，设计工作流量3kg/s，过滤器过滤精度10μm，全流量工作压力损失＜0.05MPa。
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