CN112798213A - 一种结冰风洞用的热气供气快速调节系统及供气方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于风洞试验技术领域，提供了一种结冰风洞用的热气供气快速调节系统及供气方法，其中，结冰风洞用的热气供气快速调节系统的供气方法包括如下步骤：初始化结冰风洞用的热气供气快速调节系统；使模拟支路的流量稳定在第一流量值，所述第一流量值大于试验要求流量值；使模拟支路的温度稳定在第一温度值，所述第一温度值大于试验要求温度值；使真实支路的流量稳定在试验要求流量值；将真实支路的温度稳定在试验要求温度值。本发明相对于现有技术而言，加速了模型入口温度稳定时间、防止了出现温度骤降、避免了较大的流量变化、提高了试验效率。

Description

一种结冰风洞用的热气供气快速调节系统及供气方法

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，尤其涉及一种结冰风洞用的热气供气快速调节系统及供气方法。

背景技术

如在本申请人已授权的专利CN111929025B中所述，飞行器在高空云层飞行时，迎风部件撞击云层中过冷水滴会出现结冰问题，导致飞行器飞行性能显著下降、部件损坏甚至造成机毁人亡的飞行事故。为保证飞行安全，飞机机翼、发动机唇口等部件均要求安装防除冰装置，热气防除冰是最常用的防除冰方法之一，是将发动机压气机引出的热气经引气管流入防冰腔内，将热量传递给防冰表面，达到防除冰的目的。为验证飞机热气防除冰效果，通常需要在地面做防除冰试验，为了获取真实热气条件，需要通过热气供气系统来模拟压气机热气。

图1所示为专利CN111929025B的背景技术中陈述的现有的防除冰试验通常采用的热气供气系统，该热气供气系统包括供气模拟支路和供气真实支路，在进行防除冰试验时，首先打开供气模拟支路的气动球阀1'、关闭供气真实支路的气动球阀4'，然后通过供气模拟支路的调节阀2'进行调节，并通过温度流量压力计3'的检测，待供气模拟支路的压力、流量、温度模稳定后，关闭供气模拟支路的气动球阀1'、打开供气真实支路的气动球阀4'，以切换到供气真实支路，并通往模型真实入口。

现有的防除冰试验用的热气供气系统存在如下缺陷：

1、由于结冰风洞试验段内部环境潮湿，用于空气加热的电加热器无法放在风洞内部，一般距离模型入口较远，对于模型而言，存在长距离温度滞后现象，导致模型入口温度稳定时间较慢；

2、模拟支路温度达到目标温度时，在降低气体流量至目标流量时，会出现温度骤降现象，此时通往模型入口则不满足试验条件，需要再次等待模拟支路温度达到目标温度；

3、在打开真实支路的时候，需要关闭模拟支路，因而，会造成较大的流量变化；

4、针对需多次调整温度的试验条次，现有的热气供气系统只有再次切换至模拟支路，重复试验流程，存在试验流程复杂，试验效率低的问题；

综上所述，现有的防除冰试验用的热气供气系统存在模型入口温度稳定时间较慢、出现温度骤降、较大的流量变化、试验效率低的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结冰风洞用的热气供气快速调节系统及供气方法，旨在加速模型入口温度稳定时间、防止出现温度骤降、避免较大的流量变化、提高试验效率。

本发明提供了一种结冰风洞用的热气供气快速调节系统，其包括：气源、气源总路、热气支路、第一冷气支路、第二冷气支路、第一混合支路、第二混合支路、模拟支路、真实支路，其中：

所述气源总路的入口与气源出口连接，所述气源总路的出口同时与热气支路的入口、第一冷气支路的入口、第二冷气支路的入口连接；

所述热气支路、第一冷气支路、第二冷气支路并联分布，所述热气支路上设置有第一调节阀和加热装置，所述第一冷气支路上设置有第二调节阀，所述第二冷气支路上设置有第三调节阀，所述热气支路的出口、所述第一冷气支路的出口与第一混合支路的入口连接；

所述第二冷气支路的出口、第一混合支路的出口与第二混合支路的入口连接，所述第二混合支路的出口与模拟支路的入口、真实支路的入口连接，所述第二混合支路上设置有第一温度测量装置；

所述真实支路上依次设置有第一球阀、第一流量测量装置、第二温度测量装置，所述真实支路的出口与模型入口连接；

所述模拟支路上依次设置有第二球阀和第四调节阀，所述模拟支路的出口与大气连接。

本发明还提供了一种利用上述的结冰风洞用的热气供气快速调节系统的供气方法，其包括如下步骤：

步骤S10：初始化结冰风洞用的热气供气快速调节系统；

步骤S20：使模拟支路的流量稳定在第一流量值，所述第一流量值大于试验要求流量值；使模拟支路的温度稳定在第一温度值，所述第一温度值大于试验要求温度值；

步骤S30：使真实支路的流量稳定在试验要求流量值；

步骤S40：将真实支路的温度稳定在试验要求温度值。

进一步地，所述步骤S10中，打开第一调节阀、第二调节阀、第二球阀、第四调节阀，关闭第一球阀、第三调节阀，打开加热装置，并将第四调节阀保持在最大开度。

进一步地，所述步骤S20中，通过调节气源使模拟支路的流量稳定在第一流量值，通过调节第一调节阀的开度和第二调节阀开度使模拟支路的温度稳定在第一温度值。

进一步地，所述步骤S30中，保持第一调节阀、第二调节阀、第二球阀、第四调节阀打开，保持第三调节阀关闭，打开第一球阀，通过调整第四调节阀的开度使真实支路的流量稳定在试验要求流量值。

进一步地，所述步骤S40中，保持第一调节阀、第二调节阀、第二球阀、第四调节阀、第一球阀打开，打开第三调节阀，通过调整第三调节阀的开度使真实支路的温度稳定在试验要求温度值。

本发明相对于现有技术的技术效果是：

1.本发明增加了第二冷气支路，而且第二冷气支路的出口并不是直接连接在第一混合支路的入口，而是将第二冷气支路的出口连接在第一混合支路的出口，通过该设置后，在需要将真实支路的温度稳定在试验要求温度值时，可以快速地使冷气体到达真实支路，以加速模型入口温度的降温时间；

2.本发明由于具有了第二冷气支路的存在，因此，在预热真实支路的阶段，可以将气体温度值设置得高于试验要求温度值，以快速地提高真实支路内的温度，以加速模型入口温度的升温时间；

3.本发明由于具有了第二冷气支路的存在，因此，在预热真实支路的阶段，可以将气体温度值设置得高于试验要求温度值，在需多次调整温度的试验条次时，可以直接通过调节第三调节阀的开度即可以使真实支路内的气体温度处于不同的试验要求温度值，无需重复试验流程，大幅提高了试验效率；

4.本发明中，在使真实支路的流量稳定在试验要求流量值的过程中，模拟支路是处于通路状态，而现有技术中，此时的模拟支路是处于断路状态的，因此，本发明在调节真实支路的流量时，是不需要改变气源提供的流量值的，比如，当将真实支路的流量提高时，模拟支路的流量对应减少，因此，本发明的真实支路的流量的稳定性更高，而现有技术通常是通过调节气源的流量值，其波动幅度较大，不利于防除冰试验的进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的防除冰试验通常采用的热气供气系统；

图2是本发明实施例一提供的结冰风洞用的热气供气快速调节系统的示意图；

图3是本发明实施例二提供的结冰风洞用的热气供气快速调节方法的示意图。

具体实施方式

在下文中将参考附图对本发明的各方面进行更充分的描述。然而，本发明可以具体化成许多不同形式且不应解释为局限于贯穿本发明所呈现的任何特定结构或功能。相反地，提供这些方面将使得本发明周全且完整，并且本发明将给本领域技术人员充分地传达本发明的范围。基于本文所教导的内容，本领域的技术人员应意识到，无论是单独还是结合本发明的任何其它方面实现本文所公开的任何方面，本发明的范围旨在涵盖本文中所公开的任何方面。例如，可以使用本文所提出任意数量的装置或者执行方法来实现。另外，除了本文所提出本发明的多个方面之外，本发明的范围更旨在涵盖使用其它结构、功能或结构和功能来实现的装置或方法。应可理解，其可通过权利要求的一或多个元件具体化本文所公开的任何方面。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例一

如图2所示为本发明实施例一中的一种结冰风洞用的热气供气快速调节系统的示意图，本发明实施例一中的一种结冰风洞用的热气供气快速调节系统包括：气源、气源总路10、热气支路11、第一冷气支路12、第二冷气支路13、第一混合支路14、第二混合支路15、模拟支路16、真实支路17，其中：

所述气源总路10的入口与气源出口连接，所述气源总路10的出口同时与热气支路11的入口、第一冷气支路12的入口、第二冷气支路13的入口连接；

气源用于产生防除冰试验用的气体，气体从气源产生之时，处于自然温度状态；

为了具体说明第一混合支路14、第二混合支路15的具体指代，继续参见图2，图2中的标号20和标号21之间的部分为第一混合支路14，图2中的标号21和标号23之间的部分为第二混合支路15；其中，标号20为热气支路11和第一冷气支路12的出口交点，标号21为第二冷气支路13的接入点，标号23为模拟支路16的接出点。

所述热气支路11、第一冷气支路12、第二冷气支路13并联分布，所述热气支路11上设置有第一调节阀J1和加热装置30，所述第一冷气支路12上设置有第二调节阀J2，所述第二冷气支路13上设置有第三调节阀J3，所述热气支路11的出口、所述第一冷气支路12的出口与第一混合支路14的入口连接；

打开第一调节阀J1时，热气支路11处于通路状态，关闭第一调节阀J1时，热气支路11处于断路状态，还可以通过调节第一调节阀J1的开度来调节热气支路11内的流量；另外，打开加热装置30之后，热气支路11内的气体将被加热；

打开第二调节阀J2时，第一冷气支路12处于通路状态，关闭第二调节阀J2时，第一冷气支路12处于断路状态，还可以通过调节第二调节阀J2的开度来调节第一冷气支路12内的流量；

在打开第一调节阀J1、第二调节阀J2、加热装置30的状态下，第一混合支路14内的气体由热气支路11提供的热气体和由第一冷气支路12提供的冷气体混合而成，因此，可以通过调节第一调节阀J1和第二调节阀J2开度，来调节第一混合支路14内的气体温度；

打开第三调节阀J3时，第二冷气支路13处于通路状态，关闭第三调节阀J3时，第二冷气支路13处于断路状态，还可以通过调节第三调节阀J3的开度来调节第二冷气支路13内的流量；

另外，在打开第一调节阀J1、第二调节阀J2、关闭第三调节阀J3的状态下，热气支路11、第一冷气支路12内的流量之和等于气源提供的流量，在打开第一调节阀J1、第二调节阀J2、第三调节阀J3的状态下，热气支路11、第一冷气支路12、第二冷气支路13内的流量之和等于气源提供的流量；

所述第二冷气支路13的出口、第一混合支路14的出口与第二混合支路15的入口连接，所述第二混合支路15的出口与模拟支路16的入口、真实支路17的入口连接，所述第二混合支路15上设置有第一温度测量装置T1；

第一温度测量装置T1用于测量第二混合支路15内的气体温度；

所述真实支路17上依次设置有第一球阀Q1、第一流量测量装置F1、第二温度测量装置T2，所述真实支路17的出口与模型入口连接；

第一流量测量装置F1用于测量真实支路17内的气体流量，第二温度测量装置T2用于测量真实支路17内的气体温度；

所述模拟支路16上依次设置有第二球阀Q2和第四调节阀J4，所述模拟支路16的出口与大气连接。

本发明实施例一相对于现有技术而言，核心区别之一在于增加了第二冷气支路13，而且第二冷气支路13的出口并不是直接连接在第一混合支路14的入口，而是将第二冷气支路13的出口连接在第一混合支路14的出口，通过该设置后，在需要将真实支路17的温度稳定在试验要求温度值时，可以快速地使冷气体到达真实支路17，以加速模型入口温度的稳定时间（此时具体指代降温时间）；

另一方面，由于具有了第二冷气支路13的存在，因此，在预热真实支路17的阶段，可以将气体温度值设置得高于试验要求温度值，以快速地提高真实支路17内的温度，以加速模型入口温度的稳定时间（此时具体指代升温时间）；

再者，由于具有了第二冷气支路13的存在，因此，在预热真实支路17的阶段，可以将气体温度值设置得高于试验要求温度值，在需多次调整温度的试验条次时，可以直接通过调节第三调节阀J3的开度即可以使真实支路17内的气体温度处于不同的试验要求温度值，无需重复试验流程，大幅提高了试验效率。

实施例二

如图3所示为本发明实施例二中的利用如上所述的结冰风洞用的热气供气快速调节系统的供气方法的示意图，其包括如下步骤：

步骤S10：初始化结冰风洞用的热气供气快速调节系统；

步骤S20：使模拟支路16的流量稳定在第一流量值，所述第一流量值大于试验要求流量值；使模拟支路16的温度稳定在第一温度值，所述第一温度值大于试验要求温度值；

步骤S30：使真实支路17的流量稳定在试验要求流量值；

步骤S40：将真实支路17的温度稳定在试验要求温度值。

进一步地，所述步骤S10中，打开第一调节阀J1、第二调节阀J2、第二球阀Q2、第四调节阀J4，关闭第一球阀Q1、第三调节阀J3，打开加热装置30，并将第四调节阀J4保持在最大开度。

将第四调节阀J4保持在最大开度可以使模拟支路16的流量处于最大值，因此，可以快速地加热模拟支路16；

进一步地，为了更加快速地使加热模拟支路16，所述步骤S20中，通过调节第一调节阀J1的开度和第二调节阀J2开度使模拟支路16的温度稳定在第一温度值；

另一方面，通过调节气源使模拟支路16的流量稳定在第一流量值，所述第一流量值大于试验要求流量值，也就是说，气源提供的流量值也是大于试验要求流量值的，因此，可提高热气供气系统的响应速度；

进一步地，所述步骤S30中，保持第一调节阀J1、第二调节阀J2、第二球阀Q2、第四调节阀J4打开，保持第三调节阀J3关闭，打开第一球阀Q1，通过调整第四调节阀J4的开度使真实支路17的流量稳定在试验要求流量值。

也就是说，在使真实支路17的流量稳定在试验要求流量值的过程中，模拟支路16是处于通路状态，而现有技术中，此时的模拟支路是处于断路状态的，因此，本发明实施例二中，在调节真实支路的流量时，是不需要改变气源提供的流量值的，比如，当将真实支路的流量提高时，模拟支路的流量对应减少，因此，本发明实施例二中，真实支路的流量的稳定性更高，而现有技术通常是通过调节气源的流量值，其波动幅度较大，不利于防除冰试验的进行。

进一步地，所述步骤S40中，保持第一调节阀J1、第二调节阀J2、第二球阀Q2、第四调节阀J4、第一球阀Q1打开，打开第三调节阀J3，通过调整第三调节阀J3的开度使真实支路17的温度稳定在试验要求温度值；由于第二冷气支路13的存在，可以快速地使冷气体到达真实支路17，以加速模型入口温度的稳定时间。

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 (6)

1.一种结冰风洞用的热气供气快速调节系统，其特征在于，包括：气源、气源总路（10）、热气支路（11）、第一冷气支路（12）、第二冷气支路（13）、第一混合支路（14）、第二混合支路（15）、模拟支路（16）、真实支路（17），其中：

所述气源总路（10）的入口与气源出口连接，所述气源总路（10）的出口同时与热气支路（11）的入口、第一冷气支路（12）的入口、第二冷气支路（13）的入口连接；

所述热气支路（11）、第一冷气支路（12）、第二冷气支路（13）并联分布，所述热气支路（11）上设置有第一调节阀（J1）和加热装置（30），所述第一冷气支路（12）上设置有第二调节阀（J2），所述第二冷气支路（13）上设置有第三调节阀（J3），所述热气支路（11）的出口、所述第一冷气支路（12）的出口与第一混合支路（14）的入口连接；

所述第二冷气支路（13）的出口、第一混合支路（14）的出口与第二混合支路（15）的入口连接，所述第二混合支路（15）的出口与模拟支路（16）的入口、真实支路（17）的入口连接，所述第二混合支路（15）上设置有第一温度测量装置（T1）；

所述真实支路（17）上依次设置有第一球阀（Q1）、第一流量测量装置（F1）、第二温度测量装置（T2），所述真实支路（17）的出口与模型入口连接；

所述模拟支路（16）上依次设置有第二球阀（Q2）和第四调节阀（J4），所述模拟支路（16）的出口与大气连接。

2.一种利用如权利要求1中所述的结冰风洞用的热气供气快速调节系统的供气方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S10：初始化结冰风洞用的热气供气快速调节系统；

步骤S20：使模拟支路（16）的流量稳定在第一流量值，所述第一流量值大于试验要求流量值；使模拟支路（16）的温度稳定在第一温度值，所述第一温度值大于试验要求温度值；

步骤S30：使真实支路（17）的流量稳定在试验要求流量值；

步骤S40：将真实支路（17）的温度稳定在试验要求温度值。

3.如权利要求2所述的结冰风洞用的热气供气快速调节系统的供气方法，其特征在于，所述步骤S10中，打开第一调节阀（J1）、第二调节阀（J2）、第二球阀（Q2）、第四调节阀（J4），关闭第一球阀（Q1）、第三调节阀（J3），打开加热装置（30），并将第四调节阀（J4）保持在最大开度。

4.如权利要求3所述的结冰风洞用的热气供气快速调节系统的供气方法，其特征在于，所述步骤S20中，通过调节气源使模拟支路（16）的流量稳定在第一流量值，通过调节第一调节阀（J1）的开度和第二调节阀（J2）开度使模拟支路（16）的温度稳定在第一温度值。

5.如权利要求4所述的结冰风洞用的热气供气快速调节系统的供气方法，其特征在于，所述步骤S30中，保持第一调节阀（J1）、第二调节阀（J2）、第二球阀（Q2）、第四调节阀（J4）打开，保持第三调节阀（J3）关闭，打开第一球阀（Q1），通过调整第四调节阀（J4）的开度使真实支路（17）的流量稳定在试验要求流量值。

6.如权利要求5所述的结冰风洞用的热气供气快速调节系统的供气方法，其特征在于，所述步骤S40中，保持第一调节阀（J1）、第二调节阀（J2）、第二球阀（Q2）、第四调节阀（J4）、第一球阀（Q1）打开，打开第三调节阀（J3），通过调整第三调节阀（J3）的开度使真实支路（17）的温度稳定在试验要求温度值。

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