CN113830328B - 一种飞机整机测试降雪环境模拟装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机整机测试技术领域，具体是涉及一种飞机整机测试降雪环境模拟装置及模拟方法；模拟装置包括安装桁架、降雪模块、供水系统、供气系统；降雪模块包括水汽处理器、凝结核悬浮器、雪花形成降落器；降雪模拟方法包括：S1：将飞机整机固定在降雪模块正下方；S2：调节气候实验室内整体温度，供水系统产生水蒸气；S3：凝结核悬浮器喷出凝结核颗粒；S4：在雪花形成降落器内形成过饱和水蒸气与凝结核的混合物，进一步形成雪花；S5：供气系统通过锥环形送风腔将雪花送出；本发明能够在气候实验室的飞机整机测试过程中提供接近自然状态的降雪效果，改善飞机整机降雪适航符合性实验测试要求的气象条件。

Description

一种飞机整机测试降雪环境模拟装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及飞机整机测试技术领域，具体是涉及一种飞机整机测试降雪环境模拟装置及模拟方法。

背景技术

国外飞机气候环境试验一般在整机上进行，包括实验室试验、地面试验和飞行试验；我国由于此前没有可供飞机整机进行气候环境试验的实验室和试验模拟设备，因此飞机飞行前的气候环境试验只能在外场等待适合的气象条件进行，使得试验周期长，费用大；本发明就是配合我所即将建成的整机气候环境实验室，用于在实验室内模拟人工降雪试验环境，进行全尺寸飞机降雪试验。

以滑雪场等室内人工降雪技术来说，通常是先制冰，然后将其粉碎成细小的冰粒，用风机直接吹出形成的；其特点是雪片较大、雪质干燥、保持时间长。但这种方式并不适合大型的气候试验室降雪；因为此类室内降雪注重的是结果，即在地上形成雪，而气候实验室飞机整机测试要求的是过程，及雪花落下的过程。

而现有国内外能够用于模拟降雪进行大型飞机整机测试的气候实验室，通常采用的是通过喷水雾化技术，将水源雾化，在控制气压、温度的状态下形成冰粒，即为雪；这种降雪技术虽然可实现垂直落下的降雪效果，但是其不能够形成接近自然形态的雪花，导致降雪效果差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有飞机整机降雪模拟装置产生的是细小颗粒状雪粒，真实模拟度低，不能够模拟降落接近自然形态的雪花，降雪效果差。

本发明的技术方案是：一种飞机整机测试降雪环境模拟装置，包括设置在气候实验室内顶壁的安装桁架，均匀排列设置在所述安装桁架上的降雪模块，设置在地面上且与所述降雪模块连接的供水系统，以及与所述降雪模块连接的供气系统；

所述降雪模块包括一端与供水系统连通的水汽处理器，设置在所述水汽处理器另一端的凝结核悬浮器，与所述凝结核悬浮器、供气系统连接的雪花形成降落器；

所述供水系统包括储水腔、蒸发加热器、以及水蒸气连接管；

所述水汽处理器包括与水蒸气连接管连接的处理腔，设置在所述处理腔内的水汽流量检测器，设置在所述处理腔与水蒸气连接管连接处的调节阀，以及设置在处理腔下端的环形口；

所述凝结核悬浮器包括设置在所述环形口下端的环形安装架，垂直设置在环形安装架内侧壁上的滑动杆，水平活动设置在所述滑动杆上的电磁悬浮网，以及均匀设置在所述环形安装架侧壁的凝结核颗粒喷流器；

所述电磁悬浮网包括滑动安装在滑动杆上的悬浮架，设置在所述悬浮架中部的震动网格，套设在滑动杆上且与悬浮架连接的磁体，以及设在所述滑动杆两端的电磁螺线管；

所述雪花形成降落器包括与环形安装架连通的雪花生成模块，围设在所述雪花生成模块下端且与供气系统连接的锥环形送风腔，以及设置在所述锥环形送风腔下端的出雪口。

进一步地，所述雪花生成模块包括与环形安装架连通的圆形空腔，设置在所述圆形空腔内的温度控制模块，以及设置在所述圆形空腔下端的负压管；

所述负压管下端与锥环形送风腔下端齐平；温度控制模块能够对圆形空腔内的温度进行精准控制，从而使圆形空腔内的水蒸气在-1℃以下到达饱和状态；通过过饱和水蒸气与凝结核的接触从而形成接近自然状态的雪花。

进一步地，所述出雪口与锥环形送风腔之间通过角度调节装置连接；

所述角度调节装置包括连通出雪口与锥环形送风腔的橡胶管道，固定在锥环形送风腔上的连接架，以及设置在所述连接架上驱动出雪口转动的动力模块；所述连接架用于安装出雪口；

通过角度调节装置的设置对出雪口出雪角度进行调节，可实现降雪角度的调整，有利于提高仿真程度。

进一步地，所述安装桁架、降雪模块之间通过升降机构连接。

更进一步地，所述升降机构包括安装降雪模块的升降板，下端连接升降板的升降索，以及与所述升降索上端连接的旋转辊轴；升降机构的设置能够实现对降雪模块高度的调节，通过增大降雪模块与飞机整机之间的距离能有效提升降雪的真实性，提高模拟降雪的仿真程度。

进一步地，所述凝结核颗粒喷流器内设置的凝结核颗粒是氯化钠，粒径为0.06~0.12μm；氯化钠作为可溶性核，一方面材料易得，无污染，另一方面成雪花效果好。

进一步地，气候实验室地面上设置有能见度检测装置；能见度检测装置可以直接对降雪过程的能见度进行检测，结合能见度调节降雪量，使能见度满足小于400m的技术要求。

进一步地，还包括与降雪模块、供水系统、供气系统连接的测控系统；测控系统对气候实验室的温度进行检测与调控；对供水系统的蒸发加热器的加热温度、时间进行控制，以及对水蒸气连接管连接处的调节阀进行电动控制；雪花生成模块内的温度与负压强度也通过测控系统调节；具体采用PLC控制器；

测控系统的设置便于工作人员进行操作，实现测试目的，提高工作效率。

本发明还提供了一种采用上述飞机整机测试降雪环境模拟装置进行降雪环境模拟的方法，包括以下步骤：

S1：飞机整机进入气候实验室并在安装桁架正下方的地坪上定位；降雪模块与飞机整机垂直距离为12~20m；

S2：将气候实验室内整体温度调节至-8~-2℃，供水系统的蒸发加热器工作产生水蒸气，水蒸气连接管将水蒸气通入水汽处理器；

S3：电磁悬浮网通电控制震动网格震动，同时凝结核颗粒喷流器向震动网格上喷出凝结核颗粒；

S4：调节阀调节水蒸气流量，负压管产生负压将水蒸气引流至震动网格与凝结核颗粒混合后进入雪花生成模块；雪花生成模块再次进行温度调节使水蒸气温度达到露点，至产生过饱和水蒸气；通过控制负压管产生的负压控制过饱和水蒸气与凝结核在雪花生成模块内接触时间；在圆形空腔内过饱和水蒸气与凝结核形成雪花；

S5：供气系统通过锥环形送风腔将雪花送出。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供的飞机整机测试降雪环境模拟装置及方法，温度、湿度可控，能够降下接近自然形态的雪花，模拟度大大提高，在气候实验室内满足飞机整机降雪适航符合性实验测试要求的气象条件；实验结果能够为飞机整机APU降雪飞行适航实验测试提供理论依据。本发明水汽处理器能够控制水蒸气输入量，凝结核悬浮器能够使得凝结核均匀分散在水蒸气内；雪花形成降落器则能够使混合了凝结核的水蒸气进入过饱和状态从而形成接近自然状态的雪花，有效提升飞机整机测试的可靠性。本发明通过多个降雪模块的排列设置可有效提升降雪的覆盖面积与降雪的均匀性，使能见度大大降低。

附图说明

图1是本发明降雪环境模拟方法的流程图；

图2是本发明实施例1整体的结构示意图；

图3是本发明实施例1降雪模块的结构示意图；

图4是本发明实施例1环形口、环形安装架的结构示意图；

图5是本发明实施例1滑动杆、凝结核颗粒喷流器的结构示意图；

图6是本发明实施例1震动网格的结构示意图；

图7是本发明实施例1雪花生成模块的结构示意图；

图8是本发明实施例2调节机构的结构示意图；

图9是本发明实施例3升降机构的结构示意图；

其中，1-安装桁架、2-降雪模块、3-供水系统、4-供气系统、20-水汽处理器、21-凝结核悬浮器、22-雪花形成降落器、30-储水腔、31-水蒸气连接管、200-处理腔、201-调节阀、202-环形口、210-环形安装架、211-滑动杆、212-凝结核颗粒喷流器、213-悬浮架、214-震动网格、215-磁体、216-电磁螺线管、220-雪花生成模块、221-锥环形送风腔、222-出雪口、223-圆形空腔、224-温度控制模块、225-负压管、23-角度调节装置、230-橡胶管道、231-连接架、232-动力模块、5-升降机构、50-升降板、51-升降索、52-旋转辊轴。

具体实施方式

实施例1

如图2所示的一种飞机整机测试降雪环境模拟装置，包括设置在气候实验室内顶壁的安装桁架1，均匀设置在安装桁架1上的降雪模块2，设置在地面上且与降雪模块2连接的供水系统3，以及与降雪模块2连接的供气系统4；

如图3所示，降雪模块2包括一端与供水系统3连通的水汽处理器20，设置在水汽处理器20另一端的凝结核悬浮器21，与凝结核悬浮器21、供气系统4连接的雪花形成降落器22；

供水系统3包括储水腔30、蒸发加热器、以及水蒸气连接管31；

如图4、5所示，水汽处理器20包括与水蒸气连接管31连接的处理腔200，设置在处理腔200内的水汽流量检测器，设置在处理腔200与水蒸气连接管31连接处的调节阀201，以及设置在处理腔200下端的环形口202；

凝结核悬浮器21包括设置在环形口202下端的环形安装架210，垂直设置在环形安装架210内侧壁上的滑动杆211，水平活动设置在滑动杆211上的电磁悬浮网，以及均匀设置在环形安装架210侧壁的凝结核颗粒喷流器212；

如图6所示，电磁悬浮网包括滑动安装在滑动杆211上的悬浮架213，设置在悬浮架213中部的震动网格214，套设在滑动杆211上且与悬浮架213连接的磁体215，以及设在滑动杆211两端的电磁螺线管216；

雪花形成降落器22包括与环形安装架210连通的雪花生成模块220，围设在雪花生成模块220下端且与供气系统4连接的锥环形送风腔221，以及设置在锥环形送风腔221下端的出雪口222。

如图7所示，雪花生成模块220包括与环形安装架210连通的圆形空腔223，设置在圆形空腔223内的温度控制模块224，以及设置在圆形空腔223下端的负压管225；负压管225内部安装有负压泵；

负压管225下端与锥环形送风腔221下端齐平。

凝结核颗粒喷流器212内设置的凝结核颗粒是氯化钠，粒径为0.06~0.08μm；凝结核颗粒喷流器212内设风扇，通过风扇风力将氯化钠吹出。

其中，负压管225、蒸发加热器均采用现有产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

如图1所示，上述飞机整机测试降雪环境模拟装置进行降雪环境模拟的方法，包括以下步骤：

S1：飞机整机进入气候实验室并在安装桁架1正下方的地坪上定位；降雪模块2与飞机整机垂直距离为12m；

S2：将气候实验室内整体温度调节至-8℃，供水系统3的蒸发加热器工作产生水蒸气，水蒸气连接管31将水蒸气通入水汽处理器20；

S3：电磁悬浮网通电控制震动网格214震动，震动频率为30Hz；同时凝结核颗粒喷流器212向震动网格214上喷出凝结核颗粒；

S4：调节阀201调节水蒸气流量，负压管225产生负压将水蒸气引流至震动网格214与凝结核颗粒混合后进入雪花生成模块220；雪花生成模块220再次进行温度调节使水蒸气温度达到露点，至产生过饱和水蒸气；通过控制负压管225产生的负压控制过饱和水蒸气与凝结核在雪花生成模块220内接触时间；在圆形空腔223内过饱和水蒸气与凝结核形成雪花；

其中，圆形空腔223内的温度为-8℃；

S5：供气系统4通过锥环形送风腔221将雪花送出。

实施例2

一种飞机整机测试降雪环境模拟装置，包括设置在气候实验室内顶壁的安装桁架1，均匀设置在安装桁架1上的降雪模块2，设置在地面上且与降雪模块2连接的供水系统3，以及与降雪模块2连接的供气系统4；还包括与降雪模块2、供水系统3、供气系统4连接的测控系统；

降雪模块2包括一端与供水系统3连通的水汽处理器20，设置在水汽处理器20另一端的凝结核悬浮器21，与凝结核悬浮器21、供气系统4连接的雪花形成降落器22；

供水系统3包括储水腔30、蒸发加热器、以及水蒸气连接管31；

水汽处理器20包括与水蒸气连接管31连接的处理腔200，设置在处理腔200内的水汽流量检测器，设置在处理腔200与水蒸气连接管31连接处的调节阀201，以及设置在处理腔200下端的环形口202；

凝结核悬浮器21包括设置在环形口202下端的环形安装架210，垂直设置在环形安装架210内侧壁上的滑动杆211，水平活动设置在滑动杆211上的电磁悬浮网，以及均匀设置在环形安装架210侧壁的凝结核颗粒喷流器212；

电磁悬浮网包括滑动安装在滑动杆211上的悬浮架213，设置在悬浮架213中部的震动网格214，套设在滑动杆211上且与悬浮架213连接的磁体215，以及设在滑动杆211两端的电磁螺线管216；

雪花形成降落器22包括与环形安装架210连通的雪花生成模块220，围设在雪花生成模块220下端且与供气系统4连接的锥环形送风腔221，以及设置在锥环形送风腔221下端的出雪口222。

雪花生成模块220包括与环形安装架210连通的圆形空腔223，设置在圆形空腔223内的温度控制模块224，以及设置在圆形空腔223下端的负压管225；负压管225内部安装有负压泵；

负压管225下端与锥环形送风腔221下端齐平。

凝结核颗粒喷流器212内设置的凝结核颗粒是氯化钠，粒径为0.08~0.12μm；凝结核颗粒喷流器212内设风扇，通过风扇风力将氯化钠吹出。

气候实验室地面上设置有能见度检测装置。

如图8所示，出雪口222与锥环形送风腔221之间通过角度调节装置23连接；

角度调节装置23包括连通出雪口222与锥环形送风腔221的橡胶管道230，固定在锥环形送风腔221上的连接架231，以及设置在连接架231上驱动出雪口222转动的动力模块232；连接架231用于安装出雪口222。

其中，动力模块232、测控系统、能见度检测装置、负压管225、蒸发加热器均采用现有产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

上述飞机整机测试降雪环境模拟装置进行降雪环境模拟的方法，包括以下步骤：

S1：飞机整机进入气候实验室并在安装桁架1正下方的地坪上定位；降雪模块2与飞机整机垂直距离为20m；

S2：测控系统将气候实验室内整体温度调节至-2℃，供水系统3的蒸发加热器工作产生水蒸气，水蒸气连接管31将水蒸气通入水汽处理器20；

S3：电磁悬浮网通电控制震动网格214震动，震动频率为60Hz；同时凝结核颗粒喷流器212向震动网格214上喷出凝结核颗粒；

S4：测控系统通过水汽流量检测器、调节阀201调节水蒸气流量，负压管225产生负压将水蒸气引流至震动网格214与凝结核颗粒混合后进入雪花生成模块220；雪花生成模块220再次进行温度调节使水蒸气温度达到露点，至产生过饱和水蒸气；通过控制负压管225产生的负压控制过饱和水蒸气与凝结核在雪花生成模块220内接触时间；在圆形空腔223内过饱和水蒸气与凝结核形成雪花；

其中，圆形空腔223内的温度为-10℃；

S5：测控系统启动供气系统4，通过锥环形送风腔221将雪花送出；能见度检测装置检测降雪状态下的能见度；

S6：角度调节装置23的动力模块232控制出雪口222在连接架231上转动，调整降雪角度。

相较于实施例1，本实施例通过角度调节装置23能够对出雪口222实现角度调节，通过对降雪角度的调整能够进一步提升模拟降雪的真实度，从而改善降雪效果。

实施例3

一种飞机整机测试降雪环境模拟装置，包括设置在气候实验室内顶壁的安装桁架1，均匀设置在安装桁架1上的降雪模块2，设置在地面上且与降雪模块2连接的供水系统3，以及与降雪模块2连接的供气系统4；

降雪模块2包括一端与供水系统3连通的水汽处理器20，设置在水汽处理器20另一端的凝结核悬浮器21，与凝结核悬浮器21、供气系统4连接的雪花形成降落器22；

供水系统3包括储水腔30、蒸发加热器、以及水蒸气连接管31；

水汽处理器20包括与水蒸气连接管31连接的处理腔200，设置在处理腔200内的水汽流量检测器，设置在处理腔200与水蒸气连接管31连接处的调节阀201，以及设置在处理腔200下端的环形口202；

凝结核悬浮器21包括设置在环形口202下端的环形安装架210，垂直设置在环形安装架210内侧壁上的滑动杆211，水平活动设置在滑动杆211上的电磁悬浮网，以及均匀设置在环形安装架210侧壁的凝结核颗粒喷流器212；

电磁悬浮网包括滑动安装在滑动杆211上的悬浮架213，设置在悬浮架213中部的震动网格214，套设在滑动杆211上且与悬浮架213连接的磁体215，以及设在滑动杆211两端的电磁螺线管216；

雪花形成降落器22包括与环形安装架210连通的雪花生成模块220，围设在雪花生成模块220下端且与供气系统4连接的锥环形送风腔221，以及设置在锥环形送风腔221下端的出雪口222。

雪花生成模块220包括与环形安装架210连通的圆形空腔223，设置在圆形空腔223内的温度控制模块224，以及设置在圆形空腔223下端的负压管225；负压管225内部安装有负压泵；

负压管225下端与锥环形送风腔221下端齐平。

凝结核颗粒喷流器212内设置的凝结核颗粒是氯化钠，粒径为0.06~0.08μm；凝结核颗粒喷流器212内设风扇，通过风扇风力将氯化钠吹出。

安装桁架1、降雪模块2之间通过升降机构5连接。

如图9所示，升降机构5包括安装降雪模块2的升降板50，下端连接升降板50的升降索51，以及与升降索51上端连接的旋转辊轴52。

其中，负压管225、负压泵、蒸发加热器均采用现有产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

相较于实施例1，本实施例可通过升降机构5快速调节降雪模块2与飞机整机之间的垂直距离，获得较好的垂直降雪飘落效果。

Claims (6)

1.一种飞机整机测试降雪环境模拟装置，其特征在于，包括设置在气候实验室内顶壁的安装桁架（1），均匀排列设置在所述安装桁架（1）上的降雪模块（2），设置在地面上且与所述降雪模块（2）连接的供水系统（3），以及与所述降雪模块（2）连接的供气系统（4）；

所述降雪模块（2）包括一端与供水系统（3）连通的水汽处理器（20），设置在所述水汽处理器（20）另一端的凝结核悬浮器（21），与所述凝结核悬浮器（21）、供气系统（4）连接的雪花形成降落器（22）；

所述供水系统（3）包括储水腔（30）、蒸发加热器、以及水蒸气连接管（31）；

所述水汽处理器（20）包括与水蒸气连接管（31）连接的处理腔（200），设置在所述处理腔（200）内的水汽流量检测器，设置在所述处理腔（200）与水蒸气连接管（31）连接处的调节阀（201），以及设置在处理腔（200）下端的环形口（202）；

所述凝结核悬浮器（21）包括设置在所述环形口（202）下端的环形安装架（210），垂直设置在环形安装架（210）内侧壁上的滑动杆（211），水平活动设置在所述滑动杆（211）上的电磁悬浮网，以及均匀设置在所述环形安装架（210）侧壁的凝结核颗粒喷流器（212）；

所述电磁悬浮网包括滑动安装在滑动杆（211）上的悬浮架（213），设置在所述悬浮架（213）中部的震动网格（214），套设在滑动杆（211）上且与悬浮架（213）连接的磁体（215），以及设在所述滑动杆（211）两端的电磁螺线管（216）；

所述雪花形成降落器（22）包括与环形安装架（210）连通的雪花生成模块（220），围设在所述雪花生成模块（220）下端且与供气系统（4）连接的锥环形送风腔（221），以及设置在所述锥环形送风腔（221）下端的出雪口（222）；

所述雪花生成模块（220）包括与环形安装架（210）连通的圆形空腔（223），设置在所述圆形空腔（223）内的温度控制模块（224），以及设置在所述圆形空腔（223）下端的负压管（225）；

所述负压管（225）下端与锥环形送风腔（221）下端齐平；

所述出雪口（222）与锥环形送风腔（221）之间通过角度调节装置（23）连接；

所述角度调节装置（23）包括连通出雪口（222）与锥环形送风腔（221）的橡胶管道（230），固定在锥环形送风腔（221）上的连接架（231），以及设置在所述连接架（231）上驱动出雪口（222）转动的动力模块（232）；所述连接架（231）用于安装出雪口（222）；

所述凝结核颗粒喷流器（212）内设置的凝结核颗粒是氯化钠，粒径为0.06~0.12μm。

2.根据权利要求1所述的一种飞机整机测试降雪环境模拟装置，其特征在于，所述安装桁架（1）、降雪模块（2）之间通过升降机构（5）连接。

3.根据权利要求2所述的一种飞机整机测试降雪环境模拟装置，其特征在于，所述升降机构（5）包括安装降雪模块（2）的升降板（50），下端连接升降板（50）的升降索（51），以及与所述升降索（51）上端连接的旋转辊轴（52）。

4.根据权利要求1所述的一种飞机整机测试降雪环境模拟装置，其特征在于，气候实验室地面上设置有能见度检测装置。

5.根据权利要求1所述的一种飞机整机测试降雪环境模拟装置，其特征在于，还包括与降雪模块（2）、供水系统（3）、供气系统（4）连接的测控系统。

6.根据权利要求1~5任意一项所述的一种飞机整机测试降雪环境模拟装置进行降雪环境模拟的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：飞机整机进入气候实验室并在安装桁架（1）正下方的地坪上定位；降雪模块（2）与飞机整机垂直距离为12~20m；

S2：将气候实验室内整体温度调节至-8~-2℃，供水系统（3）的蒸发加热器工作产生水蒸气，水蒸气连接管（31）将水蒸气通入水汽处理器（20）；

S3：电磁悬浮网通电控制震动网格（214）震动，同时凝结核颗粒喷流器（212）向震动网格（214）上喷出凝结核颗粒；

S4：调节阀（201）调节水蒸气流量，负压管（225）产生负压将水蒸气引流至震动网格（214）与凝结核颗粒混合后进入雪花生成模块（220）；雪花生成模块（220）再次进行温度调节使水蒸气温度达到露点，至产生过饱和水蒸气；通过控制负压管（225）产生的负压控制过饱和水蒸气与凝结核在雪花生成模块（220）内接触时间；在圆形空腔（223）内过饱和水蒸气与凝结核形成雪花；

S5：供气系统（4）通过锥环形送风腔（221）将雪花送出。

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