CN111284729A - 冰晶结冰条件模拟方法和系统 - Google Patents
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Abstract
冰晶结冰条件模拟方法和系统。提供了一种用于使用风洞来模拟结冰条件的方法和设备。水滴被从许多喷嘴喷射到所述风洞中。低温液体雾在所述风洞中在所述喷嘴下风处被喷射到所述水滴的路径中，其中，所述低温液体雾使所述水滴变成冰晶。
Description
技术领域
本公开一般地涉及结冰条件，并且具体地，涉及为飞行器模拟结冰条件。
背景技术
在航空航天中，当大气条件导致在飞行器的表面上形成冰时可能发生在飞行器上的结冰。此外，还可能在发动机内、在诸如皮托探头和总空气温度探头的空气数据传感器上发生这种冰。在飞行器的表面上、在发动机的进气口以及其它位置上的冰形成是不希望的并且对于操作飞行器来说可能是不安全的。
当存在过冷的液态水滴时可能发生结冰条件。在这些例示性示例中，当水被冷却到水的所述冰点以下但是水仍具有液体形式时，水被认为是过冷的。结冰条件可以通过滴的大小、液态水含量、空气温度和/或其它参数来表征。这些参数可以影响在飞行器上形成冰的速度和程度。
因此，期望具有一种在风洞测试操作期间在结冰风洞中连续地产生冰晶的方法和设备。
发明内容
在一个例示性实施方式中，提供了一种用于使用风洞来模拟结冰条件的方法。水滴被从许多喷嘴喷射到所述风洞中。低温液体雾在所述风洞中在所述喷嘴下风处被喷射到所述水滴的路径中，其中，所述低温液体雾使所述水滴变成冰晶。
在另一例示性实施方式中，提供了一种结冰模拟系统。所述系统包括风洞和许多喷嘴，所述许多喷嘴被配置为将水滴喷射到所述风洞中。在所述喷嘴的下风处的热交换器室被配置为将低温液体雾喷射到所述水滴的路径中，这使所述水滴变成冰晶。
可在本公开的各种实施方式中独立地实现这些特征和功能，或者可以在其它的实施方式中组合这些特征和功能，在所述其它的实施方式中可参考以下描述和附图发现另外的细节。
附图说明
在所附权利要求中阐述被认为是例示性实施方式的特性的新颖特征。然而，当结合附图阅读时通过参考本公开的例示性实施方式的以下详细描述，将最好地理解例示性实施方式及其优选的使用模式、另外的目标和特征，其中：
图1是根据例示性实施方式的结冰模拟环境的框图的例示；
图2是根据例示性实施方式的喷嘴系统的框图的例示；
图3是根据例示性实施方式的结冰模拟系统中的基础设施的框图的例示；
图4是根据例示性实施方式的并入结冰模拟系统的风洞的例示；
图5描绘了根据例示性实施方式的冰晶设备的侧截面图；
图6描绘了根据例示性实施方式的冰晶设备的正视图；
图7描绘了根据例示性实施方式的用于冰晶设备的热交换器的操作；
图8描绘了可实现例示性实施方式的包括穿孔喷射管的热交换器室；
图9描绘了可实现例示性实施方式的包括穿孔喷射杆的热交换器室；
图10是根据例示性实施方式的用于校准结冰模拟系统的过程的流程图的例示；
图11是根据例示性实施方式描绘的风洞中的冰晶设备的操作的流程图的例示；
图12是根据例示性实施方式的数据处理系统的例示；
图13是根据例示性实施方式的飞行器制造和服务方法的例示；以及
图14是可以实现例示性实施方式的飞行器的例示。
具体实施方式
例示性实施方式认识并考虑一个或更多个不同的考虑事项。例如，例示性实施方式认识并考虑到用于模拟结冰条件的当前可用的系统不能在风洞操作期间实时地模拟过冷的大滴状结冰条件并生成冰晶。
水滴可能在各种环境中过冷。例如，水滴可以在层状云中并在积云(通常在诸如22,000英尺或更低的高度处)中过冷。当环境温度低于水的冰点，但是由于在云中缺少杂质或搅动/运动，水仍然呈液体形式时，在层状云或积云中发生这些。
冰晶也可以存在于云中。然而，在较高的高度和较冷的温度下发生冰晶。在热带或高湿环境中的对流天气系统(称为中规模对流系统)中频繁地发生冰晶结冰事件，因为对流上升气流把近地表水分带至到达40,000英尺或更高，在那里环境温度可以是-40华氏度/摄氏度(°F/C)或更冷。这些对流云可以产生冰晶，其因此可威胁到这些高度处的飞行器巡航，因为冰晶保持冻结在云中直到它们撞击在诸如内部发动机部件或像皮托探头一样的空气数据探头入口的较温暖的表面上为止。此外，中等冰晶质量尺寸范围基于对流风暴芯附近的测量结果为50-250微米(等效球面大小)，其中1微米是一米的百万分之一。
当在飞行器上形成结冰时，飞行器可能不按预期操作。例如，飞行器的机翼上的冰可以使飞行器以较低的迎角失速并具有增加的阻力。
飞行器可以具有用于防止结冰、去除冰或其某种组合的机制以应对这些结冰条件。例如，飞行器可以包括结冰检测、防止和去除系统。可以使用引气、红外加热和其它合适的机制来去除冰。
飞行器可以具有被设计来检测结冰条件的传感器系统。当关于应该被检测的结冰条件发展新法规时，制造商设计并测试用于检测结冰条件的传感器系统。例如，可能要求飞行器被认证以在正常结冰条件下、在过冷的大滴结冰条件下并在冰晶结冰条件下操作。通常在结冰风洞中进行的分析和测试被要求证明符合这些认证要求。
为了模拟冰晶以进行有效测试，结冰风洞必须能够直接地产生冰晶或者产生过冷的水滴，其然后被转换成测量的液体水含量(LWC)、冰水含量(IWC)和中等体积液滴直径(MVD)在指定范围内的均匀云中的冰晶。
然而，当前，用于冰风洞按照法规中定义的冰晶环境模拟冰晶的能力是有限的。存在非常少的可做这个的风洞，并且虽然用于制造冰晶的方法是专有的而不在公共领域中，但是那些方法可以限于短持续时间。
例如，例示性实施方式认识并考虑到，可能由于冰晶的有限供应，用于模拟结冰条件的当前可用的风洞可以限于短持续时间。
因此，一个或更多个例示性实施方式提供用于模拟结冰条件的方法和设备。在一个例示性实施方式中，结冰模拟系统包括风洞、喷嘴系统、热交换器室和控制器。喷嘴系统被配置为在风洞内喷射水滴。热交换器室被紧接置于喷嘴的下游并且将液氮雾释放到水滴的路径中，从而将它们变成冰晶。控制器被配置为控制喷嘴系统中的水的许多性质，使得喷嘴系统针对期望类型的结冰条件喷射具有各种大小的水滴并且同时地激活喷嘴系统和热交换器。
现在参考图，并且特别地，参考图1，根据例示性实施方式描绘结冰模拟环境100的框图的例示。
特别地，可以针对测试对象103模拟各种类型的结冰条件102。测试对象103可以是例如结构104、平台106或两者。结构104可以是平台106中的结构。当平台106采取飞行器108的形式时，结构104可以是飞行器108中的结构。例如，结构104可以是机翼、水平稳定器、竖直稳定器、发动机、起落架系统、机身、襟翼、飞行器挡风玻璃或其它适合的结构。
在所描绘的示例中，结冰模拟系统110是还可以包括软件的物理系统。结冰模拟系统110包括风洞116、空气驱动系统118、冷却系统120、喷嘴系统122、水源124、空气源126、基础设施127、控制器128、液氮源140和其它适合的部件。
如所描绘的，空气驱动系统118使空气129在风洞116内流动。
基础设施127包括将水130和空气134运送到喷嘴系统122的部件。特别地，基础设施127将水源124和空气源126连接到喷嘴系统122。附加地，基础设施127也可连接到冷却系统120。到冷却系统120的连接可用于冷却水130、空气134或两者。
喷嘴系统122通过基础设施127从水源124接收水130并且生成水滴132。换句话说，水滴132由流过喷嘴系统122的水130生成。
在一些例示性示例中，可随着水流过喷嘴系统122以形成液滴132而将通过基础设施127接收的空气134引入到水130中。在这些例示性示例中，空气源126也可经由基础设施127将空气134发送到喷嘴系统122。在喷嘴系统122内，空气134与水130混合以形成由喷嘴系统122喷射的水滴132。
由喷嘴系统122生成的水滴132可以具有性质136。在例示性实施方式中，由于冷却系统120，水滴132在它们离开喷嘴系统122时具有过冷的性质136。
在例示性实施方式中，基础设施127还包括将液氮142运送到风洞116中的热交换器150的部件。特别地，基础设施127将液氮源140连接到热交换器150。热交换器150生成液氮雾152进入到水滴132的下风路径中，从而形成冰晶160。
控制器128被配置为同时地打开喷嘴系统122并将液氮142引入到热交换器150中。
在这些例示性示例中，控制器128由硬件、软件或两者组成。例如，控制器128可以是计算机系统。计算机系统可以包括一个或多个计算机。当在计算机系统中存在多于一个计算机时，那些计算机可以通过网络相互通信。在其它例示性示例中，可以使用具有被配置为执行操作以模拟各种类型的结冰条件102的电路的硬件来实现控制器128。
在这些例示性示例中，硬件可以采取电路系统、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件或被配置为执行许多操作的某种其它适合类型的硬件的形式。在可编程逻辑器件情况下，该器件被配置为执行许多操作。该器件可以在以后的时间被重新配置或者可以被永久地配置为执行许多操作。可编程逻辑器件的示例包括例如可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、现场可编程逻辑阵列、现场可编程门阵列和其它适合的硬件器件。附加地，工艺可以用与无机成分集成在一起的有机成分实现并且/或者可以完全由排除人类的有机成分组成。
如所描绘的，可以将测试对象103放置在风洞116中的测试区域144中以便暴露于冰晶160。结冰条件102的这种模拟可用于确定测试对象103如何可能起作用。例如，测试对象103可以是具有被配置为检测结冰条件的传感器的翼型。通过模拟结冰条件102，可以关于传感器是否能够检测结冰条件102做出确定。
现在参考图2，根据例示性实施方式描绘喷嘴系统的框图的例示。在此图中描绘用于喷嘴系统122的部件的示例。
如所描绘的，喷嘴系统122由喷嘴组200和支撑结构201组成。在这些例示性示例中，喷嘴组200内的一喷嘴组包括一个或更多个喷嘴。此外，喷嘴组200内的一个喷嘴组可以具有与喷嘴组200内的另一喷嘴组不同数量的喷嘴。
支撑结构201被配置为与喷嘴组200相关联。当一个部件“与”另一部件“相关联”时，关联在这些描绘的示例中是物理关联。例如，第一部件(喷嘴组200中的喷嘴组204)通过被固定到第二部件、结合到第二部件、安装到第二部件、焊接到第二部件、紧固到第二部件和/或以某种其它适合的方式连接到第二部件可能被认为与第二部件(支撑结构201中的支撑结构206)相关联。也可以使用第三部件来将第一部件连接到第二部件。通过被形成为第二部件的一部分和/或第二部件的扩展，第一部件也可以被认为与第二部件相关联。此外，关联可以是可以从第二部件中去除第一部件或者反之亦然的临时关联。
支撑结构201还可以被配置为接收水并将水引导到喷嘴组200。在这些例示性示例中，支撑结构201可以包括管线、阀或可以用于控制水在支撑结构201内的流动的其它部件。在一些例示性示例中，支撑结构201还可以包括用于生成关于流过支撑结构201的水的数据的传感器。
如所描绘的，喷嘴组200与支撑结构201的关联形成多个喷射杆202。喷嘴组200中的每个喷嘴组与支撑结构201中的支撑结构相关联。例如，喷嘴组204与支撑结构206的关联形成喷射杆208。
现在转向图3，根据例示性实施方式描绘结冰模拟系统中的基础设施的框图的例示。在此例示性示例中，可以存在于基础设施127中的一些部件的示例包括管线300、阀302和传感器303。管线300可以包括例如柔性管线304和刚性管线306。
在这些例示性示例中，管线300可能用于将水源124和空气源126连接到图1中的喷嘴系统122。管线300中的一些可能连接到图1中的冷却系统120。此外，管线300中的一些可能将液氮源140连接到图1中的热交换器150。
阀302与管线300相关联。可操作阀302以控制通过管线300的流体的流动。在这些例示性示例中，这些流体可能是图1中的水130、空气134和液氮142。在这些例示性示例中，阀302的操作由控制器128控制。
传感器303被配置为检测阀302的位置、通过管线300的液体的流动以及其它适合的参数。
如所描绘的，传感器303可与管线300和阀302相关联。此外，传感器303还可与喷嘴系统122和热交换器150相关联。传感器303生成数据308，该数据308被发送到控制器128。
图1中的结冰模拟环境100以及图1、图2和图3中的结冰模拟环境100的部件的例示不意在暗示对可以用来实现例示性实施方式的方式的物理或架构限制。可以使用除了所例示的部件之外或代替所例示的部件的其它部件。一些部件可能是不必要的。另外，块被呈现来例示一些功能部件。这些块中的一个或更多个可以被组合、划分，或者在被实现在例示性实施方式中时被组合并划分成不同的块。
在一些例示性示例中，可以在使用结冰模拟系统110对期望类型的结冰条件102进行模拟期间将除了测试对象103之外的一个或更多个测试对象也放置在测试区域144中。另外，测试对象103可以采取除飞行器以外的其它形式或用于或者作为飞行器的一部分的对象。例如，测试对象103可以选自汽车挡风玻璃、汽车、轮船、发动机罩、轮船的甲板和其它适合的测试对象中的一个。
在其它的例示性示例中，阀302、传感器303或两者可以被认为是控制器128的一部分。
现在转向图4，根据例示性实施方式描绘了并入结冰模拟系统的风洞的例示。在此描绘的示例中，结冰模拟系统400是针对在图1中以框图形式示出的结冰模拟系统110的物理实施方案的一个示例。
在此例示性示例中，示出了结冰模拟系统400的顶视图。如所描绘的，结冰模拟系统400包括风洞402、空气驱动系统404、喷嘴系统406、冷却系统408和控制器410。
在此描绘的示例中，风洞402具有转动叶片412、转动叶片414、转动叶片416和转动叶片418。这些转动叶片帮助引导由空气驱动系统404产生的空气流420在风洞402内转动或者弯曲。
如所描绘的，空气流420由空气驱动系统404产生。在此例示性示例中，空气驱动系统404包括风扇系统422。在此例示性示例中，喷嘴系统406包括喷射杆424。
在这些例示性示例中，喷洒杆424被配置为在风洞402内喷射水滴426。水滴426由气流420携带通过风洞402内的测试段428。
在这些例示性示例中，空气流420使用冷却系统408来冷却。如所描绘的，冷却系统408包括制冷系统430和热交换器432。制冷系统430和热交换器432操作以冷却在空气流420内经过或通过热交换器432的空气。
在此例示性示例中，传感器系统409采取激光传感器系统434的形式。激光传感器系统434将激光束436发送到风洞402中，其中通过喷嘴系统406中的喷射杆424产生水滴426。激光传感器系统434向控制室438中的控制器410发送关于水滴426的数据。
利用来自传感器系统409中的激光传感器系统434的反馈，控制器410可调整通过喷嘴系统406中的喷射杆424发送的水的性质以为水滴426获得期望的大小，从而模拟期望类型的结冰条件。
在该例示性示例中，水滴426在喷嘴系统406下风处经过热交换器室440，该热交换器室440释放液氮雾，这使水滴426变成冰晶442，所述冰晶442往测试段428的剩余部分向下行进。
控制器410可协调喷嘴系统406和热交换器440的激活，其中当通过激活流经喷射杆424的空气和水两者来打开水喷射时，阀被同时地打开以将液氮引入到热交换器室440中。
图5描绘了根据例示性实施方式的冰晶设备500的侧截面图。图6描绘了根据例示性实施方式的冰晶设备500的正视图。冰晶设备500位于测试段512上游的风洞510中。热交换器室520通过结构支撑构件522固定到风洞510的壁并且被正好定位在喷嘴530下游。在实施方式中，热交换器室520的直径足够大以至少围绕风洞510的流动回路的中心，使得离开喷嘴530的大多数水滴将经过热交换器室520。
从喷嘴530喷射的水滴经过热交换器室520，在那里它们接触液氮雾，这将它们转换成冰晶，所述冰晶流入测试段512以模拟结冰条件。
如图6中所示，液氮被存储在与风洞510相邻的罐540中。液氮经由管道系统或管子542被从罐540转移到热交换器室520，该管道系统或管子542穿透风洞壁并进入热交换器室520。液氮被维持在非常冷的温度下以保持在液态。液氮的沸点(闪点)温度是约-320°F/-196℃。为了促进这个，从罐540到热交换器室520的管子542可用可被真空抽空的双壁或屏蔽隔热材料来隔离，其中在管子隔热材料的内层和外层之间有空气层。以这种方式，在管子542的长度之上实际上没有温度下降。
一旦在室520内部，管道系统就可围绕室周向地延伸，从而具有小洞以允许实现阻流(通常称为短笛管)。在实施方式中，喷嘴可与电动风扇544相结合地使用以在围绕室的圆周的两个方向上引导液氮的流动。液氮可通过室壁或杆中的很小的洞排出并且因此在进入结冰风洞它本身时闪蒸为蒸气(参见图8和图9)。因为液氮有-320°F/-196℃的闪点，所以它经过内室遇到的液态水滴在与液氮接触时会立即冻结成冰晶。在另选的实施方式中，液氧可被用作热交换器室中的活性物质。液氧有-297°F/-183℃的闪点并且在使通过的水滴变为冰晶方面以与液氮类似的方式表现。除了液氮和液氧之外，液氦或任何其它适合的低温液体/试剂也可与例示性实施方式一起使用以将过冷的水滴转换为冰晶。
图7描绘了根据例示性实施方式的用于冰晶设备的热交换器的操作。热交换器710被紧接定位在水喷射杆720下游。液氮被存储在风洞外部的罐712中并且经由管子714被馈送到热交换器710中并通过热交换器710来携带。热交换器室710包括大圆形或倒圆矩形室，其可以包括管子714的开放气室或同心环。在实施方式中，管子714由具有外表面的材料制成，所述外表面是固有疏水且疏冰的或者被涂覆有类似的材料，使得水滴730和冰晶732将不受阻碍地经过室，而不会以可能降低室它本身的有效性的方式粘到侧面。例如，可使用由诸如
的聚四氟乙烯(PTFE)制成的材料。
喷射杆720在此例示性示例中各自包含多个喷射喷嘴722，这多个喷射喷嘴722选择性地用于优化在喷嘴722下游的测试段的结冰云均匀性。每个喷射杆720在空气压力和水压力方面被控制以产生离开喷嘴的期望水滴大小，被定义为中等体积直径(MVD)和液态水含量(LWC)。
通常，当产生正常的结冰滴大小(通常多达50微米)时，空气压力和水压力对于每个喷射杆720来说是大致相同的，并且在针对空气的每平方英寸10至60磅力(psi)以及针对水的20至240psi的范围内被调整。然而，为了产生冰晶所需要的较大滴，有必要将空气压力相对于水压力降低一个数量级，例如，典型条件可能具有80psi的水压力但是具有仅8psi的空气压力。这种压力差可产生具有比标准条件大一个数量级的中等体积直径的液滴。
例如，在根据例示性实施方式的结冰风洞中，可按约500微米的MVD产生大液滴。附加地，当以这种方式产生大滴时，压力差还产生具有大小在MVD以上和以下的分布的液滴，在以上给出的示例中通常范围从小于100微米到超过1000微米。因为冰晶通常具有200至300微米的中等直径，所以这将足以产生冰晶所需要的大小范围内的液滴。
在离开喷嘴722之后，过冷的水滴730经过热交换器710，其中暴露于液氮或其它低温试剂然后转换为冰晶732，而不改变诸如大小或形状的任何其它性质。冰晶向下游流到风洞的测试段740。随着液氮被分配并吸收热以冻结过冷的液态水液滴730，它立即蒸发并且因此对风洞控制温度有可忽视的影响，该风洞控制温度仍由它自己的制冷系统控制以在测试段740处维持所需要的风洞温度。由风洞制冷系统使用的温度传感器通常被安装在水喷射杆720和喷嘴722上游，并且因此在下游远离风洞回路中的液氮热交换器室710，并且将在风洞制冷系统的校准期间考虑液氮注入的任何热效应。另选地，在测试段下游可以有附加温度传感器，所以可在风洞回路的整体温度平衡中考虑周围空气中的液氮的温度效应。
在图7中所示的示例实施方式中，给热交换器710的室装衬里的壁是实心的。另选地，它们可被打上很小的洞，诸如可能被用在飞行器发动机声衬板中。
图8描绘了可实现例示性实施方式的包括穿孔喷射管的热交换器室。在此实施方式中，液氮循环通过热交换器室810内部的穿孔管子812。如通过标注814所示的，液氮作为雾816通过管子812中的穿孔逸出。
标注818更详细地示出了喷射管子812的穿孔。穿孔洞的直径可以是0.05–0.2mm，并且洞的密度可以使得从洞起的总开口面积大于包括洞和管子812的穿孔壁两者的面积的5％。这种大小和密度产生非常细的液氮雾816，其将立即使滴冷却到至少-40°F/C以下，这是过冷滴在自然界中不存在而是替代地将完全为冰晶的点。
液氮接触水滴的雾化动作还用来搅动滴，使得它们被迫将状态从液体改变为固体。液氮(或液氧)围绕室810的内部循环并在必要时再补充以使室保持足够冷以便在测试的时间内使液滴变成冰晶。
图9描绘了可实现例示性实施方式的包括穿孔喷射杆的热交换器室。在此例示性实施方式中，热交换器室910包括具有液氮(或氧)循环并作为雾914逸出的向上和向下指的穿孔洞的若干薄翼面形水平杆912。标注918更详细地示出了喷射杆912的穿孔。此例示性实施方式对于具有大横截面积的风洞来说是有利的，以确保液氮更均匀地分布以使水滴920在整个面积之上冻结成冰晶930。
现在参考图10，根据例示性实施方式描绘了用于校准结冰模拟系统的过程的流程图的例示。此过程可以用于设置结冰模拟系统110以针对图1中的期望类型的结冰条件102产生具有期望大小的水130的滴132。
过程通过识别要处理的喷嘴组(操作1000)开始。过程然后从喷嘴组中选择一喷嘴组以进行处理(操作1002)。
过程识别用于由喷嘴组喷射的滴的期望大小(操作1004)。接下来，过程识别用于要通过喷嘴组发送的水的一种或多种性质(例如，温度)的值(操作1006)。水的性质被控制以满足用于喷嘴组的那些值(操作1008)。然后使用这些值来从喷嘴组喷射水滴(操作1010)。
接下来，识别水滴的大小(操作1012)。可以使用传感器系统(诸如图4中的传感器系统434)来识别水滴的大小。做出关于水滴的大小是否满足期望大小的确定(操作1014)。如果所识别的水滴的大小与期望大小相同，则可以满足期望大小。在这些例示性示例中，如果水滴的大小在期望大小的范围内，则在一些情况下也可以满足期望大小。
如果水滴的大小不满足期望大小，则识别对达到期望大小所需的性质的值的调整(操作1016)。过程然后返回到操作1008。
再次参考操作1014，如果满足水滴的期望大小，则做出关于在喷嘴组中是否存在另外未处理的喷嘴组的确定(操作1018)。如果存在另外未处理的喷嘴组，则过程返回到操作1002。否则，过程终止。
尽管此过程可用于在模拟期望类型的结冰条件之前校准喷嘴组，然而也可以在其它时间使用此过程。例如，也可以在正在模拟期望类型的结冰条件的同时使用此过程。该过程可以用于调整水滴被喷射的方式，使得即使结冰模拟环境中的其它参数可以改变，也可维持期望类型的结冰条件。
不同描绘的实施方式中的流程图和框图例示了例示性实施方式中的设备和方法的一些可能的实施方案的架构、功能性和操作。在这方面，流程图或框图中的每个块可以表示模块、分段、功能和/或操作或步骤的一部分。例如，这些块中的一个或更多个可以作为程序代码被实现，用硬件加以实现，或者用程序代码和硬件的组合加以实现。当用硬件加以实现时，硬件可以例如采取被制造或者配置为执行流程图或框图中的一个或更多个操作的集成电路的形式。
在例示性实施方式的一些另选的实施方案中，块中指出的一个或更多个功能可以不按图中指出的次序发生。例如，在一些情况下，取决于所涉及的功能性，可以基本上同时执行相继示出的两个块，或者有时可以以相反的次序执行这些块。另外，除了流程图或框图中所例示的块之外还可以添加其它块。
图11是根据例示性实施方式描绘的风洞中的冰晶设备的操作的流程图的例示。过程通过激活到风洞的电力并打开风(步骤1100)而开始。接下来，连同用于产生水滴的空气和水压力一起校准和设置风洞中的温度(步骤1102)。液氮(或氧)处于待命状态(1104)。
控制器然后同时地打开喷射喷嘴系统并且液氮流过热交换器(步骤1106)。来自喷嘴的水滴经过热交换器室并且随着它们与液氮接触而被转换成冰晶(步骤1108)。冰晶然后向下游继续行进到包含测试模型的测试段(步骤1110)。
水喷射喷嘴系统和热交换器在所指定的测试持续时间内保持打开(步骤1112)，然后它们被控制器关闭(步骤1114)。然后关闭风洞和风力(步骤1116)。
现在转向图12，根据例示性实施方式描绘了数据处理系统的例示。数据处理系统1200可以用于实现图1中的控制器128。在此例示性示例中，数据处理系统1200包括通信框架1202，该通信框架1202提供处理器单元1204、存储器1206、持久存储装置1208、通信单元1210、输入/输出(I/O)单元1212和显示器1214之间的通信。在此示例中，通信框架1202可以采取总线系统的形式。
处理器单元1204用来执行可以被加载到存储器1206中的软件的指令。取决于特定实施方案，处理器单元1204可以是许多处理器、多处理器核或某种其它类型的处理器。
存储器1206和持久存储装置1208是存储装置1216的示例。存储装置是能够在暂时基础和/或永久基础上存储信息的任何硬件，所述信息诸如例如但不限于数据、函数形式的程序代码和/或其它适合的信息。在这些例示性示例中存储装置1216也可以被称为计算机可读存储装置。在这些示例中，存储器1206可以是例如随机存取存储器或任何其它适合的易失性或非易失性存储装置。取决于特定实施方案，持久存储装置1208可以采取各种形式。
例如，持久存储装置1208可以包含一个或更多个部件或装置。例如，持久存储装置1208可以是硬盘驱动器、闪速存储器、可重写光盘、可重写磁带或以上各项的某种组合。由持久存储装置1208使用的介质也可以是可移动的。例如，可移动硬盘驱动器可以被用于持久存储装置1208。
在这些例示性示例中，通信单元1210提供与其它数据处理系统或装置的通信。在这些例示性示例中，通信单元1210是网络接口卡。
输入/输出单元1212允许与可以连接到数据处理系统1200的其它装置一起进行数据的输入和输出。例如，输入/输出单元1212可以提供用于通过键盘、鼠标和/或某种其它适合的输入装置进行用户输入的连接。此外，输入/输出单元1212可以将输出发送到打印机。显示器1214提供用于向用户显示信息的机制。
用于操作系统、应用和/或程序的指令可以位于存储装置1216中，该存储装置1216通过通信框架1202与处理器单元1204通信。不同的实施方式的过程可以由处理器单元1204使用计算机实现的指令来执行，所述计算机实现的指令可以位于存储器(诸如存储器1206)中。
这些指令被称为程序代码、计算机可用程序代码或可以由处理器单元1204中的处理器读取并执行的计算机可读程序代码。可以在不同的物理或计算机可读存储介质(诸如存储器1206或持久存储器1208)上具体实现不同的实施方式中的程序代码。
程序代码1218以函数形式位于可选择性地移除的计算机可读介质1220上并且可以被加载到数据处理系统1200上或者转移到数据处理系统1200以供由处理器单元1204执行。在这些例示性示例中程序代码1218和计算机可读介质1220形成计算机程序产品1222。在一个示例中，计算机可读介质1220可以是计算机可读存储介质1224或计算机可读信号介质1226。
在这些例示性示例中，计算机可读存储介质1224是用于存储程序代码1218的物理或有形存储装置，而不是传播或者发送程序代码1218的介质。
另选地，可以使用计算机可读信号介质1226来将程序代码1218转移到数据处理系统1200。计算机可读信号介质1226可以是例如包含程序代码1218的传播数据信号。例如，计算机可读信号介质1226可以是电磁信号、光信号和/或任何其它适合类型的信号。可以通过诸如无线通信链路、光纤电缆、同轴电缆、电线和/或任何其它适合类型的通信链路的通信链路来发送这些信号。
针对数据处理系统1200例示的不同的部件不意在对可以用来实现不同的实施方式的方式提供架构限制。可以在包括除了针对数据处理系统1200例示的那些部件之外和/或代替那些部件的部件的数据处理系统中实现不同的例示性实施方式。图12中所示的其它部件可与所示的例示性示例不同。可以使用能够运行程序代码1218的任何硬件装置或系统来实现不同的实施方式。
可以在如图13中所示的飞行器制造和服务方法1300及如图14中所示的飞行器1400的上下文中描述本公开的例示性实施方式。首先转向图13，根据例示性实施方式描绘了飞行器制造和服务方法的例示。在预生产期间，飞行器制造和服务方法1300可以包括图14中的飞行器1400的规格和设计1302以及材料采购1304。
在生产期间，进行飞行器1400的部件及子组件制造1306和系统集成1308。此后，飞行器1400可以经历认证和交付1310以便被置于服务1312中。在由客户在服务1312中的同时，飞行器1400被安排进行例行维修和保养1314，这可以包括修改、重新配置、翻新和其它维修或服务。
飞行器制造和服务方法1300的过程中的每一个均可以由系统集成商、第三方和/或运营商执行或者实行。在这些示例中，运营商可以是客户。出于本描述的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主要系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的厂商、分包商和供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
现在参考图14，描绘了可以实现例示性实施方式的飞行器的例示。在此示例中，飞行器1400通过图13中的飞行器制造和服务方法1300来生产并且可以包括具有多个系统1404和内饰1406的机身1402。系统1404的示例包括推进系统1408、电气系统1410、液压系统1412和环境系统1414中的一个或更多个。可以包括任何数量的其它系统。尽管示出了航空和航天示例，然而不同的例示性实施方式可以被应用于其它工业，诸如汽车工业。
可以在图13的飞行器制造和服务方法1300的阶段中的至少一个期间采用本文具体实现的设备和方法。在一个例示性示例中，可以以当飞行器1400在图13中在服务1312中的同时生产的部件或子组件类似的方式制作或者制造在图13中的部件和子组件制造1306中生产的部件或子组件。
作为又一个示例，可以在生产阶段(诸如图13中的规格和设计1302及系统集成1308)期间利用一个或更多个设备实施方式、方法实施方式或其组合。例如，结冰模拟系统110可以用于在规格和设计1302期间测试部件或结构的各种原型。
可以在飞行器1400在服务1312中的同时和/或在维修和保养1314期间利用一个或更多个设备实施方式、方法实施方式或其组合。例如，结冰模拟系统110可以用于测试在维修和保养1314期间对飞行器1400做出的升级或改变。例如，如果用于检测结冰条件的新的或不同的传感器系统被添加到飞行器1400，则结冰模拟系统110可以用于确定那些传感器是否按预期执行。许多不同的例示性实施方式的使用可以实质上加快飞行器1400的组装并且/或者降低飞行器1400的成本。
因此，一个或更多个例示性实施方式提供一种用于模拟结冰条件的方法和设备。对结冰条件的模拟可以用于确定测试对象是否在不同类型的结冰条件期间按预期执行。例如，随着在什么类型的结冰条件被要求由飞行器检测的方面的要求改变，可以使用例示性实施方式来设计并测试用于那些类型的结冰条件的传感器系统。
例如，结冰模拟系统110提供用于产生具有不同大小的水滴的能力。特别地，水滴可以具有两个范围的大小。这些范围可以是表示过冷的大滴结冰条件的范围。可以通过控制结冰模拟系统110内的不同的喷射杆来喷射具有不同大小的水滴来产生这些范围。以这种方式，对于过冷的大滴结冰条件，喷射杆可以产生具有两个期望范围的滴大小的水滴。
利用结冰模拟系统110，重新创建期望的结冰条件可以减少满足有关结冰条件的法规所需的时间量。此外，通过使用结冰模拟系统110，可以减少对飞行器或结冰检测系统进行认证所需的时间、努力和/或费用。
当然，结冰模拟系统110可以用于生成除例示性示例中所描述的那些以外的结冰条件。例如，其它结冰条件可以包括三个或更多个范围的滴大小。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
条款1：一种使用风洞来模拟结冰条件的方法，该方法包括：将水滴从许多喷嘴喷射到所述风洞中；以及在所述风洞中在所述喷嘴下风处将低温液体雾喷射到所述水滴的路径中，其中，所述低温液体雾使所述水滴变成冰晶。
条款2：根据条款1所述的方法，其中，所述水滴当被从所述喷嘴喷射时是过冷的。
条款3：根据条款1所述的方法，其中，低温液体在所述风洞中所述水滴经过的热交换器室内被释放。
条款4：根据条款3所述的方法，其中，所述热交换器室还包括具有穿孔洞的管子的许多连续环，从所述穿孔洞喷射所述低温液体雾。
条款5：根据条款4所述的方法，其中，所述管子的连续环还包括疏水且疏冰的外表面。
条款6：根据条款3所述的方法，其中，所述热交换器室还包括具有穿孔洞的许多水平杆，从所述穿孔洞喷射所述低温液体雾。
条款7：根据条款6所述的方法，其中，所述水平杆还包括疏水且疏冰的外表面。
条款8：根据条款3所述的方法，其中，所述热交换器室包括给所述热交换器室装衬里的实心壁。
条款9：根据条款3所述的方法，其中，所述热交换器室包括给所述热交换器室装衬里的穿孔壁。
条款10：根据条款9所述的方法，其中，所述穿孔壁包括具有0.05毫米到0.2毫米的直径的洞，并且所述洞的总开口面积大于包括所述洞和所述穿孔壁的面积的5％。
条款11：根据条款1所述的方法，其中，低温液体包括下列中的至少一种：液氮；液氧；或液氦。
第12条：一种结冰模拟系统，该结冰模拟系统包括：风洞；许多喷嘴，所述许多喷嘴被配置为将水滴喷射到所述风洞中；以及在所述喷嘴的下风处的热交换器室，其中，该热交换器室被配置为将低温液体雾喷射到所述水滴的路径中。
条款13：根据条款12所述的系统，该系统还包括控制系统，该控制系统被配置为同时地打开所述喷嘴中的喷嘴以及将低温液体引入到所述热交换器室中。
条款14：根据条款12所述的系统，该系统还包括冷却系统，该冷却系统在所述喷嘴上游流体连通并且被配置为在过冷水由所述喷嘴喷射之前使水过冷。
条款15：根据条款12所述的系统，其中，所述热交换器室还包括具有穿孔洞的管子的许多连续环，从所述穿孔洞喷射所述低温液体雾。
条款16：根据条款15所述的系统，其中，所述管子的连续环还包括疏水且疏冰的外表面。
条款17：根据条款12所述的系统，其中，所述热交换器室还包括具有穿孔洞的许多水平杆，从所述穿孔洞喷射所述低温液体雾。
条款18：根据条款17所述的系统，其中，所述水平杆还包括疏水且疏冰的外表面。
条款19：根据条款12所述的系统，其中，所述热交换器室包括给所述热交换器室装衬里的实心壁。
条款20：根据条款12所述的系统，其中，所述热交换器室包括给所述热交换器室装衬里的穿孔壁。
如本文所使用的，短语“许多”意指一个或更多个。短语“…中的至少一个”当与项目的列表一起使用时，意味着可以使用所列举项目中的一个或更多个的不同组合，并且可能需要列表中的每个项目的仅一个。换句话说，“…中的至少一个”意味着可以从列表使用项目的任意组合和任何数量的项目，但是列表中的所有项目不是必需的。项目可以是特定对象、事物或类别。
不同的例示性实施方式的描述已被呈现用于例示和描述的目的，而不旨在为详尽的或者在所公开的形式上限于这些实施方式。许多修改和变化对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。
尽管已相对于飞行器描述了例示性实施方式，然而该例示性实施方式可以被应用于其它类型的平台和用于那些平台的结构。例如但不限于，其它例示性实施方式可以被应用于移动平台、固定平台、陆基结构、水基结构、天基结构和/或某种其它适合的平台或用于那些平台的结构。更具体地，不同的例示性实施方式可以被应用于例如但不限于潜艇、公共汽车、人员运输车、坦克、火车、汽车、航天器、空间站、卫星、水面舰艇和/或某种其它适合的平台。
此外，与其它例示性实施方式相比较，不同的例示性实施方式可以提供不同的特征。所选择的一个或更多个实施方式被选取和描述以便最好地说明实施方式的原理、实际应用，并且使得本领域的其它普通技术人员能够针对具有如适于设想的特定用途的各种修改的各种实施方式来理解本公开。
Claims (10)
1.一种使用风洞(116)来模拟结冰条件(102)的方法，该方法包括：
将水滴(132)从许多喷嘴(530)喷射到所述风洞(116)中；以及
在所述风洞(116)中在所述喷嘴(530)下风处将低温液体雾(152)喷射到所述水滴(132)的路径中，其中，所述低温液体雾(152)使所述水滴变成冰晶(160)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水滴(132)当被从所述喷嘴(530)喷射时是过冷的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，低温液体(142)在所述风洞(116)中所述水滴(132)经过的热交换器室(150)中被释放。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述热交换器室(810)还包括具有穿孔洞的管子(812)的许多连续环，从所述穿孔洞喷射所述低温液体雾(816)。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述热交换器室(910)还包括具有穿孔洞的许多水平杆(912)，从所述穿孔洞喷射所述低温液体雾(914)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，低温液体(816)包括下列中的至少一种：
液氮；
液氧；或
液氦。
7.一种结冰模拟系统(110)，该结冰模拟系统(110)包括：
风洞(116)；
许多喷嘴(530)，所述许多喷嘴(530)被配置为将水滴(132)喷射到所述风洞(116)中；以及
在所述喷嘴(122)的下风处的热交换器室(150)，其中，所述热交换器室(150)被配置为将低温液体雾(152)喷射到所述水滴(132)的路径中。
8.根据权利要求7所述的系统，该系统还包括控制系统(128)，该控制系统(128)被配置为同时地打开所述喷嘴(122)中的喷嘴(530)以及将低温液体(142)引入到所述热交换器室(150)中。
9.根据权利要求7所述的系统，该系统还包括冷却系统(120)，该冷却系统(120)在所述喷嘴(122)上游流体连通并且被配置为在过冷水由所述喷嘴(122)喷射之前使水(130)过冷。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述热交换器室(810)还包括具有穿孔洞的管子(812)的许多连续环，从所述穿孔洞喷射所述低温液体雾(816)。
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