CN111003199A - 一种浮空器结冰特性试验系统 - Google Patents

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刘强
王谦
杨燕初
祝榕辰
才晶晶
崔燕香
赵凯彬
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    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明涉及一种浮空器结冰特性试验系统，包括：浮空器，水滴喷射器，环境数据采集模块，浮空器压差数据采集模块，拉力测试模块，数据存储和处理模块，试验状态记录模块，低温环境实验室，其中，所述水滴喷射器设置在所述浮空器的上方，所述环境数据采集模块、浮空器压差数据采集模块、拉力测试模块与所述数据存储和处理模块相连，所述拉力测试模块与所述浮空器的系留绳相连。通过该试验系统可以真实反应高空中浮空器表面的结冰情况，从而验证和完善浮空器结冰特性计算模型。

Description

一种浮空器结冰特性试验系统
技术领域
本发明属于浮空器技术领域，尤其涉及一种浮空器结冰特性试验系统。
背景技术
浮空器的内部填充密度低于空气的浮升气体从而获得浮升力，实现浮空器的升空和高空驻留飞行，在升空和高空飞行时，浮空器经过云层且温度较低时，外壳表面会结冰，而浮空器结冰后对浮空器飞行特性影响较大，目前还没有一个能够全面地测试浮空器结冰特性试验系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够测量浮空器结冰特性试验系统，以获得浮空器在一定降雨条件下的结冰特性数据。
本发明提供了一种浮空器结冰特性试验系统，包括：浮空器，结冰特性试验对象；水滴喷射器，用于模拟云雨状态；环境数据采集模块，用来测量环境数据；浮空器压差数据采集模块，用于测量浮空器内外压差；拉力测试模块，用于测量浮空器的浮升力；数据存储和处理模块，用于存储和处理各个模块传输来的数据；试验状态记录模块，用于记录试验过程中浮空器结冰特性的变化情况；低温环境实验室，用于提供0-20℃的室内温度；其中，所述水滴喷射器设置在所述浮空器的上方，所述环境数据采集模块、浮空器压差数据采集模块、拉力测试模块与所述数据存储和处理模块相连，所述拉力测试模块与所述浮空器的系留绳相连。
进一步地，所述浮空器包括飞艇、系留气球、零压气球或超压气球。
进一步地，所述水滴喷射器由主管道和一系列喷头组成，喷头喷出的为空气和水滴的混合流体。
进一步地，所述环境数据包括环境大气温度、环境大气压力、环境大气湿度、环境风速风向。
进一步地，所述浮空器压差数据采集模块包括压差传感器。
进一步地，所述拉力测试模块包括张力计。
进一步地，所述数据存储和处理模块包括计算机硬件和数据处理软件。
进一步地，所述试验状态记录模块包括两架摄像机。
本发明具有以下有益效果：通过浮空器结冰特性试验系统能够全面地测试浮空器结冰特性，通过该试验系统可以真实反应高空中浮空器表面的结冰情况，从而验证和完善浮空器结冰特性计算模型。
附图说明
图1是艇形浮空器结冰特性试验系统结构示意图。
图2是球形浮空器结冰特性试验系统结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：1、浮空器；2、水滴喷射器；3、环境数据采集模块；4、浮空器压差数据采集模块；5、拉力测试模块；6、数据存储和处理模块；7、试验状态记录模块；8、低温环境实验室。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1-2所示，一种浮空器结冰特性试验系统，包括浮空器1，水滴喷射器2，环境数据采集模块3，浮空器压差数据采集模块4，拉力测试模块5，数据存储和处理模块6，试验状态记录模块7、低温环境实验室8八个模块。
环境数据采集模块3、浮空器压差数据采集模块4、拉力测试模块5与数据存储和处理模块7相连，拉力测试模块5与浮空器的系留绳相连，用于测量浮空器的浮升力数据，浮空器的浮生力等于浮空器的浮力减去浮空器的重力。
浮空器1是结冰特性试验对象，包括飞艇、系留气球、零压气球或超压气球等浮空器。
水滴喷射器2设置在浮空器1的上方，水滴喷射器2由主管道和一系列喷头组成，用于模拟降雨状态，喷头喷出的为空气和水滴的混合流体，通过调节喷头可以调节混合流体中的水滴直径、喷水含量和流速，喷水含量是指每立方米空气中含有的水滴质量。
环境数据采集模块3，由环境大气温度、环境大气压力、环境大气湿度、环境风速风向测试仪器组成，用来测量环境大气温度数据、环境大气压力数据、环境大气湿度数据和环境风速风向数据。
浮空器压差数据采集模块4，包括压差传感器，用于测量浮空器内外压差。
拉力测试模块5，包括张力计，用于测量浮空器的浮升力数据。
数据存储和处理模块6，主要由计算机硬件和数据处理软件组成，用于存储和处理各个模块传输来的数据。
试验状态记录模块7，由两架摄像机组成，用于记录试验过程中，浮空器结冰特性变化情况。
低温环境实验室8，用于提供0-20℃的室内温度。
采集所有数据并存于计算机中，试验数据用来验证和完善浮空器结冰特性计算模型。
实施例2
一种浮空器结冰特性试验方法，包括以下步骤：
步骤S1，将数据采集仪器与数据存储和处理模块连接，并调试运行状态。
步骤S101,将环境数据采集模块、浮空器压差数据采集模块、拉力测试模块连接到数据存储和处理模块，开启环境数据采集模块、浮空器压差数据采集模块、拉力测试模块，确保环境数据采集模块，拉力测试模块功能正常，采集数据准确；
步骤S102,调试试验状态记录模块，确保试验状态记录模块功能正常；
步骤S2，准备低温环境实验室。
步骤S201，开启低温环境实验室，确保低温环境实验室功能正常，可以调节室温；
步骤S202，根据试验需求，调节室温。
步骤S3，调试水滴喷射器。
步骤S301，开启水滴喷射器，确保水滴喷射器功能正常，可以调节喷出的水滴直径、喷水含量和流速；
步骤S302，根据试验需求，调节喷出的水滴直径、喷水含量和流速。
步骤S4，在浮空器上安装数据采集模块，并调试浮空器。
步骤S401，在浮空器上安装浮空器压差数据采集模块，浮空器压差数据采集模块连接到数据采集和处理模块；
步骤S402，往浮空器充入氦气，将浮空器移到水滴喷射器下方，将浮空器连接到拉力测试模块上再固定在地面；
步骤S5，测试浮空器结冰特性。
浮空器表面结冰特性受环境温度、浮空器压差、水滴直径、喷水含量、流速和结冰时间等六个因素的影响，本试验方法采用单一变量法，定量地测试单独每种因素对浮空器结冰特性的影响，设定环境温度、浮空器压差、水滴直径、喷水含量、流速和结冰时长的基准值，保持其中五个变量不变并保持基准值，使第六个变量单独变化，变化的数值围绕基准值上下浮动。
步骤S510，在相同环境温度、浮空器压差、水滴直径、喷水含量、流速条件下，即环境温度、浮空器压差、水滴直径、喷水含量、流速为基准值时，测试不同结冰时长条件下，浮空器结冰特性的变化。
步骤S511，开启环境实验室，将室内温度调节到试验所需的环境温度，设置浮空器压差为基准值，测试浮空器在没有结冰时的浮升力；
步骤S512，保持水滴直径、喷水含量、流速和浮空器压差为基准值，测试浮空器浮升力随结冰时间的变化；
步骤S513，将511测量的浮空器浮升力数据减去512测量的浮空器浮升力数据，得到在一定环境温度、水滴直径、喷水含量、流速和浮空器压差条件下，不同结冰时长条件下浮空器表面的结冰质量；
步骤S514，完成步骤S513之后，将浮空器表面水膜擦拭干净。
步骤S520，重复步骤510，固定其他五个参量，将变量依次换成环境温度、浮空器压差、水滴直径、喷水含量、流速，测量每种因素影响下的浮空器表面结冰特性。
步骤S5还包括在试验过程中，使用试验状态记录模块记录试验过程中浮空器结冰状态的变化情况。
步骤S6，试验完成后对试验数据进行处理和分析，从而验证和完善浮空器结冰特性计算模型。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种浮空器结冰特性试验系统，其特征在于，包括：
浮空器，结冰特性试验对象；
水滴喷射器，用于模拟降雨状态；
环境数据采集模块，用来测量环境数据；
浮空器压差数据采集模块，用于测量浮空器内外压差；
拉力测试模块，用于测量浮空器的浮升力；
数据存储和处理模块，用于存储和处理各个模块传输来的数据；
试验状态记录模块，用于记录试验过程中浮空器结冰特性的变化情况；
低温环境实验室，用于提供0-20℃的室内温度；
其中，所述水滴喷射器设置在所述浮空器的上方，所述环境数据采集模块、浮空器压差数据采集模块、拉力测试模块与所述数据存储和处理模块相连，所述拉力测试模块与所述浮空器的系留绳相连。
2.根据权利要求1所述的一种浮空器结冰特性试验系统，其特征在于，所述浮空器包括飞艇、系留气球、零压气球或超压气球。
3.根据权利要求1所述的一种浮空器结冰特性试验系统，其特征在于，所述水滴喷射器由主管道和一系列喷头组成，喷头喷出的为空气和水滴的混合流体。
4.根据权利要求1所述的一种浮空器结冰特性试验系统，其特征在于，所述环境数据包括环境大气温度、环境大气压力、环境大气湿度、环境风速风向。
5.根据权利要求1所述的一种浮空器结冰特性试验系统，其特征在于，所述浮空器压差数据采集模块包括压差传感器。
6.根据权利要求1所述的一种浮空器结冰特性试验系统，其特征在于，所述拉力测试模块包括张力计。
7.根据权利要求1所述的一种浮空器结冰特性试验系统，其特征在于，所述数据存储和处理模块包括计算机硬件和数据处理软件。
8.根据权利要求1所述的一种浮空器结冰特性试验系统，其特征在于，所述试验状态记录模块包括两架摄像机。
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