CN114056601B - 一种飞机试验综合气候环境模拟系统及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞机试验综合气候环境模拟系统及模拟方法，属于飞机测试技术领域。模拟系统包括：试验机、实验室结构系统、环境模拟系统，模拟方法包括以下步骤：S1、低温环境模拟；S2、高温环境模拟；S3、温度日循环环境模拟；S4、湿度环境模拟；S5、太阳辐射环境模拟；S6、淋雨/风吹雨环境模拟；S7、降雪/风吹雪环境模拟；S8、雾环境模拟；S9、积冰/冻雨环境模拟。本发明解决了现有实验设施体积普遍较小、功能相对单一的问题，具有功能齐全且各个模块互相配合工作，节约设备数量的优点。

Description

一种飞机试验综合气候环境模拟系统及模拟方法

技术领域

本发明涉及飞机测试技术领域，具体是涉及一种飞机试验综合气候环境模拟系统及模拟方法。

背景技术

飞机气候环境适应性是指飞机在其寿命期内预计可能遇到的各种气候环境作用下，能实现其所有预定功能、性能和不被破坏的能力，是飞机的重要质量特性指标之一。飞机的质量特性是一个综合的概念，它包括功能、性能、安全性、环境适应性、可靠性、测试性、维修性和保障性等，飞机的气候环境适应性则是飞机质量特性中的一个很重要的因素，它必须依靠试验和管理来保证。

飞机气候试验是飞机气候环境适应性试验的简称，是指在室内模拟或外场自然气候环境条件下（包括高温、低温、湿热、淋雨、降雾、降雪、冻雨/积冰和太阳辐照等典型气候环境），让飞机经受气候环境应力的作用，从而获取飞机和其地面保障设备耐气候环境极限能力信息，并根据研制要求、失效判据及试验数据对其气候环境适应性进行综合评价，确定其气候环境适应性满足要求。飞机气候试验是确保飞机气候环境适应性的重要手段，是通过试验来确认飞机气候环境适应性是否满足要求的一种评价方法，它是飞机质量验收的基础。飞机气候试验是不包含飞机结构腐蚀和老化等长期效应的气侯环境适应性试验，属于非破坏试验，试验完成后，飞机可正常使用。

但是，我国在适用于飞机等大型装备的气候环境模拟设施的设计和建设方面处于空白。在这些大型装备的气候环境试验方面，只能追云逐日进行外场自然气候试验，面临气候条件难以捕捉、试验周期长、组织协调困难、资源耗费大等问题。

发明内容

本发明创造的目的是提供一种适用于超大型气候实验室综合气候环境模拟的方法，在封闭的实验室内实现各类气候环境的模拟，并且具有良好的功能可扩展性。

本发明的技术方案如下：

一种飞机试验综合气候环境模拟系统，包括：

试验机，试验机为各种型号的飞机，也可以是其它大型装备，

用于承载试验机的实验室结构系统，实验室结构系统包括：密封的保温舱体，用于固定保温舱体且作为实验室骨架的建筑结构；

用于为试验机提供试验环境的环境模拟系统，环境模拟系统包括：用于模拟高温、低温、太阳辐照、淋雨、降雪试验环境的基础环境模拟子系统，用于与基础环境模拟子系统配合，提供太阳辐照、淋雨/风吹雨试验环境的特殊环境模拟子系统，用于为环境模拟提供水、电、气、汽动力的能源子系统，用于支持发动机在封闭实验室内的启动和运行的发动机开车支持子系统，控制环境模拟系统工作的控制子系统，其中：

基础环境模拟子系统包括：用于提供冷源的制冷模块，用于将冷/热源进行统一传输和分配的载冷载热模块，用于对保温舱体内的空气循环冷却或加热，使舱内的空气温度达到设定温度的空气循环处理模块，用于将室外空气经过冷却和除湿后送入保温舱内的转轮除湿新风模块，用于与转轮除湿新风模块统配套使用，通过排出舱内空气以释放舱内压力的微正压装置；

特殊环境模拟子系统包括：用于制造水平方向风的吹风模块，用于制造日循环辐照条件的太阳辐照模块，采用超纯水制造雪粒的造雪模块，采用超纯水制造液滴的喷雾模块，采用普通用水制造降雨的淋雨模块；

能源子系统包括：用于提供散热用循环冷却水的冷却水模块，为所有气动执行器、造雪模块、喷雾模块提供压缩空气的供气模块，为喷雾模块和造雪模块提供去离子软化水的超纯水模块，作为热源和加湿源的蒸汽锅炉，为淋雨模块提供常温淋雨用水和对地面排水进行回收处理的普通用水模块，用于为所有设备提供电力的供电模块，蒸汽锅炉通过载冷载热模块与制冷模块连通；

发动机开车支持子系统包括：用于通过对存储的冷媒冷却或加热以存储大量能量的蓄冷蓄热模块，用于将室外空气冷却或加热至与保温舱体内温度一致后送入保温舱体内的空气补偿模块，用于将发动机的高温高压废气通过引流、降温后排出保温舱体外，确保保温舱体内安全的废气排放模块；

其中，载冷载热模块还与空气循环处理模块、转轮除湿新风模块、蓄冷蓄热模块连通，蓄冷蓄热模块与空气补偿模块连通，冷却水模块与制冷模块、供气模块连通，蒸汽锅炉与载冷载热模块、空气循环处理模块、转轮除湿新风模块连通，超纯水模块与造雪模块、喷雾模块连通，供气模块与造雪模块、喷雾模块连通，普通用水模块与淋雨模块连通。

进一步地，保温舱体采用厚度为200mm-240mm的聚氨酯夹芯板制作而成，使得保温舱体具有良好的保温效果。

进一步地，建筑结构由内到外包括：钢结构、外墙面，钢结构内顶部设有吊装模块，钢结构内底部设有承载地面，承载地面上设有地面排水和地面系留，建筑结构的侧边还设有大门，保证了淋雨、喷雾、造雪过程中不会因积水影响模拟效果。

进一步地，气候环境模拟系统还包括：用于当保温舱体内外压力差绝对值大于500Pa时自动打开，以平衡保温舱体内外压力且安装在保温舱体上的应急泄压模块，保证了环境模拟的安全性。

更进一步地，气候环境模拟系统还接入市政水源，市政水源与超纯水模块、普通用水模块连通，提供了足够的供水量，以适用于任何环境模拟需求。

一种飞机试验综合气候环境模拟方法，基于以上的一种飞机试验综合气候环境模拟系统，包括以下步骤：

S1、低温环境模拟

S1-1、启动冷却水模块、蒸汽锅炉、供气模块，冷却水模块用于制冷模块、供气模块的散热，蒸汽锅炉为转轮除湿新风模块再生提供热源，供气模块为气动执行器提供高压空气；

S1-2、依次启动空气循环处理模块、转轮除湿新风模块、微正压装置、载冷载热模块和制冷模块；

S1-3、制冷模块提供冷源，冷量通过载冷载热模块分配并输送至空气循环处理模块和转轮除湿新风模块；

S1-4、空气循环处理模块内置换热器，保温舱体内的空气循环经过换热器进行冷却，直到达到目标的低温环境；

S1-5、在保温舱体内温度降低至0℃之前，由转轮除湿新风模块不断地向舱内补充大量的低温低湿空气，对保温舱体内进行置换除湿，使保温舱体内湿度始终保持在50%RH以下，以防止温度较低的换热器严重结霜，保温舱体内多余的空气将通过微正压装置排出保温舱体外，维持保温舱体内微正压环境，0℃以下新风系统以小风量工作，仅用于维持舱内的微正压；

S2、高温环境模拟

S2-1、首先启动冷却水模块、蒸汽锅炉、供气模块，冷却水模块用于供气模块的散热，蒸汽锅炉用于提供加热源，供气模块为气动执行器提供高压空气；

S2-2、依次启动空气循环处理模块、转轮除湿新风模块、微正压装置、载冷载热模块；

S2-3、蒸汽锅炉提供热源，热量通过载冷载热模块分配并输送至空气循环处理模块，空气循环处理模块内置换热器，保温舱体内的空气循环经过换热器进行加热，直到达到目标温度；

S2-4、转轮除湿新风模块则仅用于维持保温舱体内微正压所需的风量；

S3、温度日循环环境模拟

S3-1、启动冷却水模块、蒸汽锅炉、供气模块，冷却水模块用于制冷模块、供气模块的散热，蒸汽锅炉为转轮除湿新风模块提供热源，供气模块为气动执行器提供高压空气；

S3-2、依次启动空气循环处理模块、转轮除湿新风模块、微正压装置、载冷载热模块；

S3-3、当保温舱体内需降温时，启动提供冷源的制冷模块，当保温舱体内需升温时，由蒸汽锅炉提供热源；

S3-4、冷量或热量通过载冷载热模块分配并输送至空气循环处理模块；

S3-5、空气循环处理模块内置换热器，保温舱体内的空气循环经过换热器进行加热或冷却，实现温度的循环变化；

S3-6、若日循环温度需要将保温舱体内温维持在度0℃以下，由转轮除湿新风模块不断地向保温舱体内补充大量的低温低湿空气，对保温舱体内进行置换除湿，使保温舱体内湿度始终保持在50%RH以下，以防止温度较低的换热器严重结霜，保温舱体内多余的空气将通过微正压装置排出保温舱体外，维持保温舱体内微正压环境，若日循环温度不存在换热器结霜的问题，转轮除湿新风模块则仅用于维持保温舱体内微正压所需的风量；

S4、湿度环境模拟；

S5、太阳辐射环境模拟

S5-1、按照试验机的投影面积，在试验机上方，通过吊装模块安装相应数量的太阳辐照模块，保证太阳辐照模块的投影面积完全覆盖试验机，太阳辐照模块的安装角度按照试验机外形特征确定，使照射到的试验机表面接受到的太阳辐照强度均匀；

S5-2、按照温度日循环环境模拟方法，执行保温舱体内的温度环境模拟，同时由控制子系统控制太阳辐照模块的输出功率，实现辐照强度的循环变化；

S5-3、太阳辐照环境模拟结束后，拆除太阳辐照模块；

S6、淋雨/风吹雨环境模拟

S6-1、无风环境下的淋雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S6-1-1、按照试验机的投影面积，在试验机上方，通过吊装模块安装相应数量的淋雨模块，保证淋雨模块的投影面积完全覆盖试验机，淋雨模块水平安装，即淋雨喷头竖直向下；

S6-1-2、打开地面排水，使地面不积水；

S6-1-3、通过普通用水模块为淋雨模块供水；

S6-1-4、在开始淋雨环境模拟前，测量普通用水模块中的水的温度，根据水温，通过空气循环处理模块调节保温舱体内的温度，使保温舱体内温度高于水温10℃-13℃；

S6-1-5、淋雨模块通过调节供水的压力和流量，产生不同强度的淋雨环境；

S6-1-6、淋雨环境结束后，拆除淋雨模块；

S6-2、有风环境的淋雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S6-2-1、淋雨仍通过吊装在试验机上方的淋雨模块进行，但淋雨模块的数量相应增加，保证雨滴与风有充足的时间和距离混合，能到达试验机表面；

S6-2-2、在试验机四周布置数个大型风机，风机通过地面系留牢固固定，风机的风速最大达到18m/s，风机出口离试验机距离4m~5m；

S6-2-3、淋雨试验过程中，通过调节风机的转速，实现各个程度的吹风速度，使雨滴能够以0°至90°撞击至试验机表面；

S7、降雪/风吹雪环境模拟

S7-1、无风降雪环境模拟，具体包括以下步骤：

S7-1-1、首先通过低温环境模拟在保温舱体内实现低温环境；

S7-1-2、由超纯水模块为造雪模块提供冰点温度附近的去离子软化水，通过载冷载热模块将冷量由制冷模块分配并提供给超纯水模块，对超纯水进行冷却至2℃；

S7-1-3、由供气模块为造雪模块提供大流量的压缩空气，压缩空气用于对超纯水进行雾化，造雪模块将低温水雾化后喷向试验机，雾化水在运动过程中变成雪颗粒并降落在飞机上；

S7-1-4、按照试验机的投影面积，在试验机上方，通过吊装模块安装相应数量的轴流风扇式造雪机或造雪喷枪，使轴流风扇式造雪机或造雪喷枪的降雪区域完全覆盖试验机；

S7-2、有风吹雪的环境模拟：在步骤S7-1的基础上，由于形成的雪颗粒质量很轻，因此，造雪模块和吹风模块之间的相对位置与步骤S6-2有风环境的淋雨环境相同；

S8、雾环境模拟

S8-1、按照试验机的投影面积，在试验机上方，通过吊装模块安装相应数量的喷雾模块，保证喷雾模块的投影面积完全覆盖试验机，喷雾模块水平安装，即喷雾喷头竖直向下；

S8-2、将保温舱体内温度调节至设定温度；

S8-3、由供气模块为喷雾模块提供大流量的压缩空气，压缩空气用于对超纯水进行雾化；

S8-4、通过载冷载热模块将冷量由制冷模块分配并提供给超纯水模块，对超纯水进行冷却；

S8-5、喷雾模块将雾化后的超纯水喷向试验机，在试验机周围创造雾环境；

S8-6、环境模拟结束后，拆下喷雾模块；

S9、积冰/冻雨环境模拟

S9-1、无风环境下积冰/冻雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S9-1-1、按照试验机的投影面积，在试验机上方，通过吊装模块安装相应数量的喷雾模块，保证喷雾模块的投影面积完全覆盖试验机，喷雾模块水平安装，即喷雾喷头竖直向下；

S9-1-2、由供气模块为喷雾模块提供大流量的压缩空气，压缩空气用于对超纯水进行雾化，形成直径为100μm~1500μm的水滴；

S9-1-3、通过载冷载热模块将冷量由制冷模块分配并提供给超纯水模块，对超纯水进行冷却，冷却至水温达到1℃~5℃；

S9-1-4、将保温舱体内温度调节至-10℃以下，喷淋雨滴，模拟冻雨环境；

S9-1-5、环境模拟结束后，拆下喷雾模块；

S9-2、有风环境下积冰/冻雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S9-2-1、在试验机进行发动机运行前，根据保温舱体内的环境温度要求，利用制冷模块或蒸汽锅炉的富余能力，用8~12h将蓄冷蓄热模块中存储的冷媒冷却或加热至设定温度；

S9-2-2、准备进行发动机运行时，将冷媒输送至空气补偿模块，对空气补偿模块中的换热器进行预冷，然后以小风量启动空气补偿模块，向保温舱体内补偿与保温舱体内温度相同的新风；

S9-2-3、打开废气排放模块，连通保温舱体内外，以允许发动机废气排出保温舱体；

S9-2-4、启动试验机的发动机，废气排放模块收集发动机废气，并经过降温处理后排出保温舱体；

S9-2-5、在控制子系统的控制下，调节空气补偿模块的补偿风量，使补偿风量与废气排放量匹配，维持保温舱体内的温度和压力稳定，且补偿风量变化的同时保持补偿空气温度恒定；

S9-2-6、当补偿空气流量与废气排放流量不一致或系统出现故障时，将会导致保温舱体内外产生较大的正压或负压压力差，可能导致保温舱体损坏，此时应急泄压模块紧急自动打开，平衡保温舱体内外的压力，在任何情况下，保温舱体内外的压力差绝对值在500Pa以内。

优选地，步骤S1-5中，低温环境模拟的保温舱体内最低温度范围是：-60℃至-55℃，达到了良好的低温环境模拟效果。

优选地，步骤S2-4中，高温环境模拟的保温舱体内最高温度范围是：74℃至80℃，达到了良好的高温环境模拟效果。

进一步优选地，步骤S4具体包括以下步骤：

S4-1、环境加湿：蒸汽锅炉向空气循环处理模块供给蒸汽，并循环注入保温舱体内，实现保温舱体内空气湿度的上升；

S4-2、环境除湿：通过转轮除湿新风模块与制冷模块配合使用，向保温舱体内补充大量的低湿空气，通过置换的方式实现保温舱体内湿度的降低，这种方法更加节能环保。

本发明的有益效果是：

（1）提出了一种超大型气候实验室综合气候环境模拟的方法，在同一个保温舱体内，实现多种气候环境的模拟；

（2）构建了实验室结构系统和环境模拟系统两大系统，具有明确的系统设计分界面；

（3）从功能出发，建立了基础环境模拟子系统加特殊环境子模拟系统的集成开放式架构，以构建温度和湿度环境为基础，仅需增加其它单一环境模拟因素，即可通过不同的组合，实现复杂的综合气候环境模拟，使环境模拟方法具有良好的可扩展性；

（4）特殊环境模拟系统均为模块化、可拆卸设计，以匹配不同的试验机；

（5）采用液态冷媒作为冷热量的运输和分配介质，实现冷量和热量的统一调配，满足不同终端的需求，经济性高，系统使用更加灵活，且具有良好的可扩展性，新增用冷用热终端只需驳接到载冷载热系统即可；

（6）针对封闭大空间内飞机发动机的运行，构建了发动机运行支持系统，满足各种气候环境下，飞机发动机可进行启动和工作试验；

（7）采用蓄冷蓄热的方式满足超大流量新风的冷却和加热需求，无需新建大型制冷和锅炉系统，仅需要现有制冷系统或锅炉加热系统的小部分富余能力即可，投资和运行成本低。

附图说明

图1是实施例1的系统结构及关系图；

图2是实施例1的建筑结构的结构图；

图3是实施例2的温湿度模拟过程中模拟系统的工作状态图；

图4是实施例2的飞机发动机运行实现过程中模拟系统的工作状态图；

图5是实施例2的总体流程图；

其中，1-试验机、2-建筑结构、21-外墙体、22-钢结构、23-吊装模块、24-大门、25-承载地面、26-地面排水、27-地面系留、3-保温舱体、4-基础环境模拟子系统、41-制冷模块、42-蓄冷蓄热模块、43-空气循环处理模块、44-转轮除湿新风模块、45-微正压装置、5-特殊环境模拟子系统、51-吹风模块、52-太阳辐照模块、53-造雪模块、54-喷雾模块、55-淋雨模块、6-能源子系统、61-冷却水模块、62-供气模块、63-超纯水模块、64-蒸汽锅炉、65-普通用水模块、66-供电模块、67-市政水源、7-发动机开车支持子系统、71-蓄冷蓄热模块、72-空气补偿模块、73-废气排放模块、74-应急泄压模块、8-控制子系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

实施例1

本实施例为一种飞机试验综合气候环境模拟系统，如图1所示，包括：

试验机1，试验机1为飞机，

用于承载试验机1的实验室结构系统，实验室结构系统包括：密封的保温舱体3，用于固定保温舱体3且作为实验室骨架的建筑结构2，保温舱体3采用厚度为200mm的聚氨酯夹芯板制作而成，如图2所示，建筑结构2由内到外包括：钢结构22、外墙面21，钢结构22内顶部设有吊装模块23，钢结构22内底部设有承载地面25，承载地面25上设有地面排水26和地面系留27，建筑结构2的侧边还设有大门24，

用于为试验机1提供试验环境的环境模拟系统，环境模拟系统包括：用于模拟高温、低温、太阳辐照、淋雨、降雪试验环境的基础环境模拟子系统4，用于与基础环境模拟子系统4配合，提供太阳辐照、淋雨/风吹雨试验环境的特殊环境模拟子系统5，用于为环境模拟提供水、电、气、汽动力的能源子系统6，用于支持发动机在封闭实验室内的启动和运行的发动机开车支持子系统7，控制环境模拟系统工作的控制子系统8，其中：

基础环境模拟子系统4包括：用于提供冷源的制冷模块41，用于将冷/热源进行统一传输和分配的载冷载热模块42，用于对保温舱体3内的空气循环冷却或加热，使舱内的空气温度达到设定温度的空气循环处理模块43，用于将室外空气经过冷却和除湿后送入保温舱内的转轮除湿新风模块44，用于与转轮除湿新风模块44统配套使用，通过排出舱内空气以释放舱内压力的微正压装置45，

特殊环境模拟子系统5包括：用于制造水平方向风的吹风模块51，用于制造日循环辐照条件的太阳辐照模块52，采用超纯水制造雪粒的造雪模块53，采用超纯水制造液滴的喷雾模块54，采用普通用水制造降雨的淋雨模块55，

能源子系统6包括：用于提供散热用循环冷却水的冷却水模块61，为所有气动执行器、造雪模块53、喷雾模块54提供压缩空气的供气模块62，为喷雾模块54和造雪模块53提供去离子软化水的超纯水模块63，作为热源和加湿源的蒸汽锅炉64，为淋雨模块55提供常温淋雨用水和对地面排水进行回收处理的普通用水模块65，用于为所有设备提供电力的供电模块66，蒸汽锅炉64通过载冷载热模块42与制冷模块41连通，

发动机开车支持子系统7包括：用于通过对存储的冷媒冷却或加热以存储大量能量的蓄冷蓄热模块71，用于将室外空气冷却或加热至与保温舱体3内温度一致后送入保温舱体3内的空气补偿模块72，用于将发动机的高温高压废气通过引流、降温后排出保温舱体3外，确保保温舱体3内安全的废气排放模块73，

用于当保温舱体3内外压力差绝对值大于500Pa时自动打开，以平衡保温舱体3内外压力且安装在保温舱体3上的应急泄压模块74，

其中，载冷载热模块42还与空气循环处理模块43、转轮除湿新风模块44、蓄冷蓄热模块71连通，蓄冷蓄热模块71与空气补偿模块72连通，冷却水模块61与制冷模块41、供气模块62连通，蒸汽锅炉64与载冷载热模块42、空气循环处理模块43、转轮除湿新风模块44连通，超纯水模块63与造雪模块53、喷雾模块54连通，供气模块62与造雪模块53、喷雾模块54连通，普通用水模块65与淋雨模块55连通。

气候环境模拟系统还接入市政水源67，市政水源67与超纯水模块63、普通用水模块65连通。

实施例2

本实施例为基于实施例1的一种飞机试验综合气候环境模拟系统的模拟方法，如图5所示，包括以下步骤：

S1、低温环境模拟

S1-1、启动冷却水模块61、蒸汽锅炉64、供气模块62，冷却水模块61用于制冷模块41、供气模块62的散热，蒸汽锅炉64为转轮除湿新风模块44再生提供热源，供气模块62为气动执行器提供高压空气；

S1-2、依次启动空气循环处理模块43、转轮除湿新风模块44、微正压装置45、载冷载热模块42和制冷模块41；

S1-3、制冷模块41提供冷源，冷量通过载冷载热模块分配并输送至空气循环处理模块43和转轮除湿新风模块44；

S1-4、空气循环处理模块43内置换热器，保温舱体3内的空气循环经过换热器进行冷却，直到达到目标的低温环境，模拟系统的工作状态图如图3所示；

S1-5、在保温舱体3内温度降低至0℃之前，由转轮除湿新风模块44不断地向舱内补充大量的低温低湿空气，对保温舱体3内进行置换除湿，使保温舱体3内湿度始终保持在50%RH以下，以防止温度较低的换热器严重结霜，保温舱体3内多余的空气将通过微正压装置45排出保温舱体3外，维持保温舱体3内微正压环境，0℃以下新风系统以小风量工作，仅用于维持舱内的微正压；

S2、高温环境模拟

S2-1、首先启动冷却水模块61、蒸汽锅炉64、供气模块62，冷却水模块61用于供气模块62的散热，蒸汽锅炉64用于提供加热源，供气模块62为气动执行器提供高压空气；

S2-2、依次启动空气循环处理模块43、转轮除湿新风模块44、微正压装置45、载冷载热模块42；

S2-3、蒸汽锅炉64提供热源热量通过载冷载热模块42分配并输送至空气循环处理模块43，空气循环处理模块43内置换热器，保温舱体3内的空气循环经过换热器进行加热，直到达到目标温度；

S2-4、转轮除湿新风模块44则仅用于维持保温舱体3内微正压所需的风量，模拟系统的工作状态图如图3所示；

S3、温度日循环环境模拟

S3-1、启动冷却水模块61、蒸汽锅炉64、供气模块62，冷却水模块61用于制冷模块41、供气模块62的散热，蒸汽锅炉64为转轮除湿新风模块44提供热源，供气模块62为气动执行器提供高压空气；

S3-2、依次启动空气循环处理模块43、转轮除湿新风模块44、微正压装置45、载冷载热模块42；

S3-3、当保温舱体3内需降温时，启动提供冷源的制冷模块41，当保温舱体3内需升温时，由蒸汽锅炉64提供热源；

S3-4、冷量或热量通过载冷载热模块42分配并输送至空气循环处理模块43；

S3-5、空气循环处理模块43内置换热器，保温舱体3内的空气循环经过换热器进行加热或冷却，实现温度的循环变化；

S3-6、若日循环温度需要将保温舱体3内温度维持在0℃以下，由转轮除湿新风模块44不断地向保温舱体3内补充大量的低温低湿空气，对保温舱体3内进行置换除湿，使保温舱体3内湿度始终保持在50%RH以下，以防止温度较低的换热器严重结霜，保温舱体3内多余的空气将通过微正压装置45排出保温舱体3外，维持保温舱体3内微正压环境，若日循环温度不存在换热器结霜的问题，转轮除湿新风模块44则仅用于维持保温舱体3内微正压所需的风量；

S4、湿度环境模拟

S4-1、环境加湿：蒸汽锅炉64向空气循环处理模块43供给蒸汽，并循环注入保温舱体3内，实现保温舱体3内空气湿度的上升，模拟系统的工作状态图如图3所示；

S4-2、环境除湿：通过转轮除湿新风模块44与制冷模块41配合使用，向保温舱体3内补充大量的低湿空气，通过置换的方式实现保温舱体3内湿度的降低，模拟系统的工作状态图如图3所示；

S5、太阳辐射环境模拟

S5-1、按照试验机1的投影面积，在试验机1上方，通过吊装模块23安装相应数量的太阳辐照模块52，保证太阳辐照模块52的投影面积完全覆盖试验机1，太阳辐照模块52的安装角度按照试验机1外形特征确定，使照射到的试验机1表面接受到的太阳辐照强度均匀；

S5-2、按照温度日循环环境模拟方法，执行保温舱体3内的温度环境模拟，同时由控制子系统8控制太阳辐照模块52的输出功率，实现辐照强度的循环变化；

S5-3、太阳辐照环境模拟结束后，拆除太阳辐照模块52；

S6、淋雨/风吹雨环境模拟

S6-1、无风环境下的淋雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S6-1-1、按照试验机1的投影面积，在试验机1上方，通过吊装模块23安装相应数量的淋雨模块55，保证淋雨模块55的投影面积完全覆盖试验机1，淋雨模块55水平安装，即淋雨喷头竖直向下；

S6-1-2、打开地面排水26，使地面不积水；

S6-1-3、通过普通用水模块65为淋雨模块55供水；

S6-1-4、在开始淋雨环境模拟前，测量普通用水模块65中的水的温度，根据水温，通过空气循环处理模块43调节保温舱体3内的温度，使保温舱体3内温度高于水温10℃；

S6-1-5、淋雨模块55通过调节供水的压力和流量，产生不同强度的淋雨环境；

S6-1-6、淋雨环境结束后，拆除淋雨模块55；

S6-2、有风环境的淋雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S6-2-1、淋雨仍通过吊装在试验机1上方的淋雨模块55进行，但淋雨模块55的数量相应增加，保证雨滴与风有充足的时间和距离混合，能到达试验机1表面；

S6-2-2、在试验机1四周布置数个大型风机，风机通过地面系留牢固固定，风机的风速最大达到18m/s，风机出口离试验机1距离4m；

S6-2-3、淋雨试验过程中，通过调节风机的转速，实现各个程度的吹风速度，使雨滴能够以0°撞击至试验机1表面；

S7、降雪/风吹雪环境模拟

S7-1、无风降雪环境模拟，具体包括以下步骤：

S7-1-1、首先通过低温环境模拟在保温舱体3内实现低温环境；

S7-1-2、由超纯水模块63为造雪模块53提供冰点温度附近的去离子软化水，通过载冷载热模块42将冷量由制冷模块41分配并提供给超纯水模块63，对超纯水进行冷却至2℃；

S7-1-3、由供气模块62为造雪模块53提供大流量的压缩空气，压缩空气用于对超纯水进行雾化，造雪模块53将低温水雾化后喷向试验机1，雾化水在运动过程中变成雪颗粒并降落在飞机上；

S7-1-4、按照试验机1的投影面积，在试验机1上方，通过吊装模块23安装相应数量的轴流风扇式造雪机或造雪喷枪，使轴流风扇式造雪机或造雪喷枪的降雪区域完全覆盖试验机1；

S7-2、有风吹雪的环境模拟：在步骤S7-1的基础上，由于形成的雪颗粒质量很轻，因此，造雪模块53和吹风模块51之间的相对位置与步骤S6-2有风环境的淋雨环境相同；

S8、雾环境模拟

S8-1、按照试验机1的投影面积，在试验机1上方，通过吊装模块23安装相应数量的喷雾模块54，保证喷雾模块54的投影面积完全覆盖试验机1，喷雾模块54水平安装，即喷雾喷头竖直向下；

S8-2、将保温舱体3内温度调节至设定温度；

S8-3、由供气模块62为喷雾模块54提供大流量的压缩空气，压缩空气用于对超纯水进行雾化；

S8-4、通过载冷载热模块42将冷量由制冷模块41分配并提供给超纯水模块63，对超纯水进行冷却；

S8-5、喷雾模块54将雾化后的超纯水喷向试验机1，在试验机1周围创造雾环境；

S8-6、环境模拟结束后，拆下喷雾模块54；

S9、积冰/冻雨环境模拟

S9-1、无风环境下积冰/冻雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S9-1-1、按照试验机1的投影面积，在试验机1上方，通过吊装模块23安装相应数量的喷雾模块54，保证喷雾模块54的投影面积完全覆盖试验机1，喷雾模块54水平安装，即喷雾喷头竖直向下；

S9-1-2、由供气模块62为喷雾模块54提供大流量的压缩空气，压缩空气用于对超纯水进行雾化，形成直径为100μm~1000μm的水滴；

S9-1-3、通过载冷载热模块42将冷量由制冷模块41分配并提供给超纯水模块63，对超纯水进行冷却，冷却至水温达到1℃；

S9-1-4、将保温舱体3内温度调节至-12℃，喷淋雨滴，模拟冻雨环境；

S9-1-5、环境模拟结束后，拆下喷雾模块54；

S9-2、有风环境下积冰/冻雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S9-2-1、在试验机1进行发动机运行前，根据保温舱体3内的环境温度要求，利用制冷模块41或蒸汽锅炉64的富余能力，用8h将蓄冷蓄热模块71中存储的冷媒冷却或加热至设定温度；

S9-2-2、准备进行发动机运行时，将冷媒输送至空气补偿模块72，对空气补偿模块中72的换热器进行预冷，然后以小风量启动空气补偿模块72，向保温舱体3内补偿与保温舱体3内温度相同的新风，模拟系统的工作状态图如图4所示；

S9-2-3、打开废气排放模块73，连通保温舱体3内外，以允许发动机废气排出保温舱体3；

S9-2-4、启动试验机的发动机，废气排放模块73收集发动机废气，并经过降温处理后排出保温舱体3；

S9-2-5、在控制子系统8的控制下，调节空气补偿模块72的补偿风量，使补偿风量与废气排放量匹配，维持保温舱体3内的温度和压力稳定，且补偿风量变化的同时保持补偿空气温度恒定；

S9-2-6、当补偿空气流量与废气排放流量不一致或系统出现故障时，将会导致保温舱体3内外产生较大的正压或负压压力差，可能导致保温舱体3损坏，此时应急泄压模块74紧急自动打开，平衡保温舱体3内外的压力，在任何情况下，保温舱体3内外的压力差绝对值在500Pa以内。

其中，所述步骤S1-5中，低温环境模拟的保温舱体3内最低温度是-60℃。

所述步骤S2-4中，高温环境模拟的保温舱体3内最高温度是74℃。

实施例3

本实施例与实施例1不同之处在于：

保温舱体3采用厚度为240mm的聚氨酯夹芯板制作而成。

实施例4

本实施例与实施例2不同之处在于：

所述步骤S1-5中，低温环境模拟的保温舱体3内最低温度是-55℃；

所述步骤S2-4中，高温环境模拟的保温舱体3内最高温度是80℃；

步骤S6-1-4中，通过空气循环处理模块43调节保温舱体3内的温度，使保温舱体3内温度高于水温13℃；

步骤S6-2-2中，风机出口离试验机1距离5m；

步骤S6-2-3中，使雨滴能够以90°撞击至试验机1表面；

步骤S9-1-2中，形成直径为1000μm~1500μm的水滴；

步骤S9-1-3中，冷却至水温达到5℃；

步骤S9-1-4中，将保温舱体3内温度调节至-15℃；

步骤S9-2-1中，用12h将蓄冷蓄热模块71中存储的冷媒冷却或加热至设定温度。

Claims (6)

1.一种飞机试验综合气候环境模拟方法，其特征在于，基于一种飞机试验综合气候环境模拟系统，该系统包括：

试验机（1），所述试验机（1）为飞机，

用于承载所述试验机（1）的实验室结构系统，所述实验室结构系统包括：密封的保温舱体（3），用于固定所述保温舱体（3）且作为实验室骨架的建筑结构（2），所述建筑结构（2）由内到外包括：钢结构（22）、外墙面（21），所述钢结构（22）内顶部设有吊装模块（23），钢结构（22）内底部设有承载地面（25），所述承载地面（25）上设有地面排水（26）和地面系留（27），建筑结构（2）的侧边还设有大门（24），

用于为所述试验机（1）提供试验环境的环境模拟系统，所述环境模拟系统包括：用于模拟高温、低温、太阳辐照、淋雨、降雪试验环境的基础环境模拟子系统（4），用于与所述基础环境模拟子系统（4）配合，提供太阳辐照、淋雨/风吹雨试验的特殊环境模拟子系统（5），

用于为环境模拟提供水、电、气、汽动力的能源子系统（6），用于支持发动机在封闭实验室内的启动和运行的发动机开车支持子系统（7），控制环境模拟系统工作的控制子系统（8），其中：

所述基础环境模拟子系统（4）包括：用于提供冷源的制冷模块（41），用于将冷/热源进行统一传输和分配的载冷载热模块（42），用于对保温舱体（3）内的空气循环冷却或加热，使舱内的空气温度达到设定温度的空气循环处理模块（43），用于将室外空气经过冷却和除湿后送入保温舱内的转轮除湿新风模块（44），用于与所述转轮除湿新风模块（44）配套使用，通过排出舱内空气以释放舱内压力的微正压装置（45），

所述特殊环境模拟子系统（5）包括：用于制造水平方向风的吹风模块（51），用于制造日循环辐照条件的太阳辐照模块（52），采用超纯水制造雪粒的造雪模块（53），采用超纯水制造液滴的喷雾模块（54），采用普通用水制造降雨的淋雨模块（55），

所述能源子系统（6）包括：用于提供散热用循环冷却水的冷却水模块（61），为所有气动执行器、造雪模块（53）、喷雾模块（54）提供压缩空气的供气模块（62），为所述喷雾模块（54）和所述造雪模块（53）提供去离子软化水的超纯水模块（63），作为热源和加湿源的蒸汽锅炉（64），为淋雨模块（55）提供常温淋雨用水和对地面排水进行回收处理的普通用水模块（65），用于为所有设备提供电力的供电模块（66），所述蒸汽锅炉（64）通过载冷载热模块（42）与制冷模块（41）连通，

所述发动机开车支持子系统（7）包括：用于通过对存储的冷媒冷却或加热以存储大量能量的蓄冷蓄热模块（71），用于将室外空气冷却或加热至与保温舱体（3）内温度一致后送入保温舱体（3）内的空气补偿模块（72），用于将发动机的高温高压废气通过引流、降温后排出保温舱体（3）外，确保保温舱体（3）内安全的废气排放模块（73），

其中，所述载冷载热模块（42）还与所述空气循环处理模块（43）、所述转轮除湿新风模块（44）、所述蓄冷蓄热模块（71）连通，蓄冷蓄热模块（71）与所述空气补偿模块（72）连通，冷却水模块（61）与制冷模块（41）、供气模块（62）连通，蒸汽锅炉（64）与载冷载热模块（42）、空气循环处理模块（43）、转轮除湿新风模块（44）连通，超纯水模块（63）与造雪模块（53）、喷雾模块（54）连通，供气模块（62）与造雪模块（53）、喷雾模块（54）连通，普通用水模块（65）与淋雨模块（55）连通，

飞机试验综合气候环境模拟方法，包括以下步骤：

S1、低温环境模拟

S1-1、启动冷却水模块（61）、蒸汽锅炉（64）、供气模块（62），冷却水模块（61）用于制冷模块（41）、供气模块（62）的散热，蒸汽锅炉（64）为转轮除湿新风模块（44）再生提供热源，供气模块（62）为气动执行器提供高压空气；

S1-2、依次启动空气循环处理模块（43）、转轮除湿新风模块（44）、微正压装置（45）、载冷载热模块（42）和制冷模块（41）；

S1-3、制冷模块（41）提供冷源，冷量通过载冷载热模块分配并输送至空气循环处理模块（43）和转轮除湿新风模块（44）；

S1-4、空气循环处理模块（43）内置换热器，保温舱体（3）内的空气循环经过换热器进行冷却，直到达到目标的低温环境；

S1-5、在保温舱体（3）内温度降低至0℃之前，由转轮除湿新风模块（44）不断地向舱内补充大量的低温低湿空气，对保温舱体（3）内进行置换除湿，使保温舱体（3）内湿度始终保持在50%RH以下，以防止温度较低的换热器严重结霜，保温舱体（3）内多余的空气将通过微正压装置（45）排出保温舱体（3）外，维持保温舱体（3）内微正压环境，0℃以下转轮除湿新风模块（44）以小风量工作，仅用于维持舱内的微正压；

S2、高温环境模拟

S2-1、首先启动冷却水模块（61）、蒸汽锅炉（64）、供气模块（62），冷却水模块（61）用于供气模块（62）的散热，蒸汽锅炉（64）用于提供加热源，供气模块（62）为气动执行器提供高压空气；

S2-2、依次启动空气循环处理模块（43）、转轮除湿新风模块（44）、微正压装置（45）、载冷载热模块（42）；

S2-3、蒸汽锅炉（64）提供热源，热量通过载冷载热模块（42）分配并输送至空气循环处理模块（43），空气循环处理模块（43）内置换热器，保温舱体（3）内的空气循环经过换热器进行加热，直到达到目标温度；

S2-4、转轮除湿新风模块（44）则仅用于维持保温舱体（3）内微正压所需的风量；

S3、温度日循环环境模拟

S3-1、启动冷却水模块（61）、蒸汽锅炉（64）、供气模块（62），冷却水模块（61）用于制冷模块（41）、供气模块（62）的散热，蒸汽锅炉（64）为转轮除湿新风模块（44）提供热源，供气模块（62）为气动执行器提供高压空气；

S3-2、依次启动空气循环处理模块（43）、转轮除湿新风模块（44）、微正压装置（45）、载冷载热模块（42）；

S3-3、当保温舱体（3）内需降温时，启动提供冷源的制冷模块（41），当保温舱体（3）内需升温时，由蒸汽锅炉（64）提供热源；

S3-4、冷量或热量通过载冷载热模块（42）分配并输送至空气循环处理模块（43）；

S3-5、空气循环处理模块（43）内置换热器，保温舱体（3）内的空气循环经过换热器进行加热或冷却，实现温度的循环变化；

S3-6、若日循环温度需将保温舱体（3）内温度维持在0℃以下，由转轮除湿新风模块（44）不断地向保温舱体（3）内补充大量的低温低湿空气，对保温舱体（3）内进行置换除湿，使保温舱体（3）内湿度始终保持在50%RH以下，以防止温度较低的换热器严重结霜，保温舱体（3）内多余的空气将通过微正压装置（45）排出保温舱体（3）外，维持保温舱体（3）内微正压环境，若日循环温度不存在换热器结霜的问题，转轮除湿新风模块（44）则仅用于维持保温舱体（3）内微正压所需的风量；

S4、湿度环境模拟，具体包括以下步骤：

S4-1、环境加湿：蒸汽锅炉（64）向空气循环处理模块（43）供给蒸汽，并循环注入保温舱体（3）内，实现保温舱体（3）内空气湿度的上升，

S4-2、环境除湿：通过转轮除湿新风模块（44）与制冷模块（41）配合使用，向保温舱体（3）内补充大量的低湿空气，通过置换的方式实现保温舱体（3）内湿度的降低；

S5、太阳辐射环境模拟

S5-1、按照试验机（1）的投影面积，在试验机（1）上方，通过吊装模块（23）安装相应数量的太阳辐照模块（52），保证太阳辐照模块（52）的投影面积完全覆盖试验机（1），太阳辐照模块（52）的安装角度按照试验机（1）外形特征确定，使照射到的试验机（1）表面接受到的太阳辐照强度均匀；

S5-2、按照温度日循环环境模拟方法，执行保温舱体（3）内的温度环境模拟，同时由控制子系统（8）控制太阳辐照模块（52）的输出功率，实现辐照强度的循环变化；

S5-3、太阳辐照环境模拟结束后，拆除太阳辐照模块（52）；

S6、淋雨/风吹雨环境模拟

S6-1、无风环境下的淋雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S6-1-1、按照试验机（1）的投影面积，在试验机（1）上方，通过吊装模块（23）安装相应数量的淋雨模块（55），保证淋雨模块（55）的投影面积完全覆盖试验机（1），淋雨模块（55）水平安装，即淋雨喷头竖直向下；

S6-1-2、打开地面排水（26），使地面不积水；

S6-1-3、通过普通用水模块（65）为淋雨模块（55）供水；

S6-1-4、在开始淋雨环境模拟前，测量普通用水模块（65）中的水的温度，根据水温，通过空气循环处理模块（43）调节保温舱体（3）内的温度，使保温舱体（3）内温度高于水温10℃-13℃；

S6-1-5、淋雨模块（55）通过调节供水的压力和流量，产生不同强度的淋雨环境；

S6-1-6、淋雨环境结束后，拆除淋雨模块（55）；

S6-2、有风环境的淋雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S6-2-1、淋雨仍通过吊装在试验机（1）上方的淋雨模块（55）进行，但淋雨模块（55）的数量相应增加，保证雨滴与风有充足的时间和距离混合，能到达试验机（1）表面；

S6-2-2、在试验机（1）四周布置数个大型风机，风机通过地面系留牢固固定，风机的风速最大达到18m/s，风机出口离试验机（1）距离4m~5m；

S6-2-3、淋雨试验过程中，通过调节风机的转速，实现各个程度的吹风速度，使雨滴能够以0°至90°撞击至试验机（1）表面；

S7、降雪/风吹雪环境模拟

S7-1、无风降雪环境模拟，具体包括以下步骤：

S7-1-1、首先通过低温环境模拟在保温舱体（3）内实现低温环境；

S7-1-2、由超纯水模块（63）为造雪模块（53）提供冰点温度附近的去离子软化水，通过载冷载热模块（42）将冷量由制冷模块（41）分配并提供给超纯水模块（63），对超纯水进行冷却至2℃；

S7-1-3、由供气模块（62）为造雪模块（53）提供大流量的压缩空气，压缩空气用于对超纯水进行雾化，造雪模块（53）将低温水雾化后喷向试验机（1），雾化水在运动过程中变成雪颗粒并降落在飞机上；

S7-1-4、按照试验机（1）的投影面积，在试验机（1）上方，通过吊装模块（23）安装相应数量的轴流风扇式造雪机或造雪喷枪，使轴流风扇式造雪机或造雪喷枪的降雪区域完全覆盖试验机（1）；

S7-2、有风吹雪的环境模拟：在步骤S7-1的基础上，由于形成的雪颗粒质量很轻，因此，造雪模块（53）和吹风模块（51）之间的相对位置与步骤S6-2有风环境的淋雨环境相同；

S8、雾环境模拟

S8-1、按照试验机（1）的投影面积，在试验机（1）上方，通过吊装模块（23）安装相应数量的喷雾模块（54），保证喷雾模块（54）的投影面积完全覆盖试验机（1），喷雾模块（54）水平安装，即喷雾喷头竖直向下；

S8-2、将保温舱体（3）内温度调节至设定温度；

S8-3、由供气模块（62）为喷雾模块（54）提供大流量的压缩空气，压缩空气用于对超纯水进行雾化；

S8-4、通过载冷载热模块（42）将冷量由制冷模块（41）分配并提供给超纯水模块（63），对超纯水进行冷却；

S8-5、喷雾模块（54）将雾化后的超纯水喷向试验机（1），在试验机（1）周围创造雾环境；

S8-6、环境模拟结束后，拆下喷雾模块（54）；

S9、积冰/冻雨环境模拟

S9-1、无风环境下积冰/冻雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S9-1-1、按照试验机（1）的投影面积，在试验机（1）上方，通过吊装模块（23）安装相应数量的喷雾模块（54），保证喷雾模块（54）的投影面积完全覆盖试验机（1），喷雾模块（54）水平安装，即喷雾喷头竖直向下；

S9-1-2、由供气模块（62）为喷雾模块（54）提供大流量的压缩空气，压缩空气用于对超纯水进行雾化，形成直径为100μm~1500μm的水滴；

S9-1-3、通过载冷载热模块（42）将冷量由制冷模块（41）分配并提供给超纯水模块（63），对超纯水进行冷却，冷却至水温达到1℃~5℃；

S9-1-4、将保温舱体（3）内温度调节至-10℃以下，喷淋雨滴，模拟冻雨环境；

S9-1-5、环境模拟结束后，拆下喷雾模块（54）；

S9-2、有风环境下积冰/冻雨环境模拟，具体包括以下步骤：

S9-2-1、在试验机（1）进行发动机运行前，根据保温舱体（3）内的环境温度要求，利用制冷模块（41）或蒸汽锅炉（64）的富余能力，用8~12h将蓄冷蓄热模块（71）中存储的冷媒冷却或加热至设定温度；

S9-2-2、准备进行发动机运行时，将冷媒输送至空气补偿模块（72），对空气补偿模块（72）中的换热器进行预冷，然后以小风量启动空气补偿模块（72），向保温舱体（3）内补偿与保温舱体（3）内温度相同的新风；

S9-2-3、打开废气排放模块（73），连通保温舱体（3）内外，以允许发动机废气排出保温舱体（3）；

S9-2-4、启动试验机（1）的发动机，废气排放模块（73）收集发动机废气，并经过降温处理后排出保温舱体（3）；

S9-2-5、在控制子系统（8）的控制下，调节空气补偿模块（72）的补偿风量，使补偿风量与废气排放量匹配，维持保温舱体（3）内的温度和压力稳定，且补偿风量变化的同时保持补偿空气温度恒定；

S9-2-6、当补偿空气流量与废气排放流量不一致或系统出现故障时，将会导致保温舱体（3）内外产生较大的正压或负压压力差，可能导致保温舱体（3）损坏，此时应急泄压模块（74）紧急自动打开，平衡保温舱体（3）内外的压力，在任何情况下，保温舱体（3）内外的压力差的绝对值在500Pa以内。

2.如权利要求1所述的一种飞机试验综合气候环境模拟方法，其特征在于，所述保温舱体（3）采用厚度为200mm-240mm的聚氨酯夹芯板制作而成。

3.如权利要求1所述的一种飞机试验综合气候环境模拟方法，其特征在于，所述气候环境模拟系统还包括：用于当保温舱体（3）内外压力差绝对值大于500Pa时自动打开，以平衡保温舱体（3）内外压力且安装在保温舱体（3）上的应急泄压模块（74）。

4.如权利要求1所述的一种飞机试验综合气候环境模拟方法，其特征在于，所述气候环境模拟系统还接入市政水源（67），所述市政水源（67）与所述超纯水模块（63）、所述普通用水模块（65）连通。

5.如权利要求1所述的一种飞机试验综合气候环境模拟方法，其特征在于，所述步骤S1-5中，低温环境模拟的保温舱体（3）内最低温度范围是：-60℃至-55℃。

6.如权利要求1所述的一种飞机试验综合气候环境模拟方法，其特征在于，所述步骤S2-4中，高温环境模拟的保温舱体（3）内最高温度范围是：74℃至80℃。

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