CN204314045U - 一种小型回流式结冰风洞设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型回流式结冰风洞设备，包括：设于设备内部的风洞体，所述风洞体为分段管道设计，通过管道连接构成一全封闭的回流式风洞，具体包括：依次相连接的稳定段（1）、收缩段（2）、试验段（3）和扩散段（4），试验段和收缩段分别通过管道连接所述测量系统（13）和水滴喷雾系统（14），且测量系统（13）和水滴喷雾系统（14）通过管道相连接，此外，扩散段连接第一拐角段（5），第一拐角段（5）连接第一回流段（6），第一回流段（6）连接第二拐角段（7）。本实用新型采取了上述方案以后，其能够不影响风速的情况下，合理的利用工业制冷，并能有效的保持风洞中过冷水滴含量。

Description

一种小型回流式结冰风洞设备

技术领域

本发明属于高空飞机器在穿过云层，与过冷水滴碰撞，出现飞行器表面结冰与除冰空气动力实验与防护领域，涉及高空环境的模拟和实现，并成功应用于试验当中的设备。

背景技术

1）、飞机在飞行过程中穿云时，某些气象条件下容易在机体结冰，飞机结冰后飞机的飞行性能会受大很大影响，进而影响到飞机安全，由于飞机结冰引发的事故很多，据国际民用航空组织（ICAO）统计，1986年至1996年其间，因结冰而引起的飞机事故42起，近年来2004年东航包头飞上海MU5210航班及一架空军运输机均空结冰事故均因结冰原因导致。

2）、为了提高、防结冰和除冰的系统和效果，相关研究机构通过实验验证及计算机数值模拟等方法对飞机表面结冰及除冰进行了研究，计算机数值模拟总是存在一定假设条件，因此，实验验证成了设计、研究主要条件，而回流式结冰风洞设备是为实验验证提供必须的环境条件。

3）、风洞分为直流式和回流式，直流式大部应用于正常环境条件的风洞试验，对于结冰风洞来说，直流式实现在可能性不大；回流式风洞特点是，在一个封闭的环形风道中，风能重复利用，为模拟各种条件提供有利条件。

4）结冰风洞主要用于模拟飞机在穿过云层时遇到过冷水滴结冰过程，主研究飞行器结冰情况和机理的主要工具，为了实现这个功能，风洞中需要模拟高度云层的环境，飞机飞行的速度、云层中过冷水滴含量、过冷水滴直径大小，因此，该风洞中具有：低温、风速、喷雾系统、测量和控制系统，结冰观查设备等。

5）、目前世界在建立几洞的有40多座，大部份风洞的制冷用制冷剂（氟利昴）制冷，该制冷方法，具有很大的缺点，就是风洞内部温度不均匀，喷出制冷剂多的地方温度很低，少的地方温度高，导致风洞中环境温度不均，导致试验模型结冰不均匀，且环形风洞的捌角导流片、阻尼网、风叶等局部结冰严重。

发明内容

本实用新型目的在于不影响风速的情况下，合理的利用工业制冷，并能有效的保持风洞中过冷水滴含量而设计提出的一种新型小型回流式结冰风洞设备，从而经济可靠的现实结冰风洞的建造。

本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种小型回流式结冰风洞设备，包括：设于设备内部的风洞体，所述风洞体为分段管道设计，通过管道连接构成一全封闭的回流式风洞，具体包括：依次相连接的稳定段（1）、收缩段（2）、试验段（3）和扩散段（4），试验段和收缩段分别通过管道连接所述测量系统（13）和水滴喷雾系统（14），且测量系统（13）和水滴喷雾系统（14）通过管道相连接，此外，扩散段连接第一拐角段（5），第一拐角段（5）连接第一回流段（6），第一回流段（6）连接第二拐角段（7），第二拐角段（7）连接风扇段（8），风扇段（8）连接第二回流段（9），第二回流段（9）连接第三拐角段（10）,第三拐角段（10）连接第三回流段（11），第三回流段（11）连接第四拐角段（12），且所述风洞为，且第三回流段（11）通过管道连接到制冷主机（16），制冷主机（16）连接到位于设备外部的冷却塔（18）。

进一步地，优选的是，还设有控制系统（15）和变频器（17），连接到制冷主机和风扇段（8）中的风扇，并控制风扇的转速。

进一步地，优选的是，所述收缩段（2）的管道为收缩式设计，且自稳定段向试压段直径变小。

进一步地，优选的是，所述试验段（3）的底部有顶部是真空保温玻璃，且玻璃外面装有红外测量系统，所述红外测量系统又连接至所述控制系统（15）。

进一步地，优选的是，所述稳定段（1）内装有滤网。

进一步地，优选的是，所述第三回流段（11）内装有蒸发器，该蒸发器为所述制冷主机（16）相连接的蒸发器。

进一步地，优选的是，所述第一拐角段、第二拐角段、第三拐角段、第四拐角段内设导流片。

本实用新型采取了上述方案以后，其能够不影响风速的情况下，合理的利用工业制冷，并能有效的保持风洞中过冷水滴含量。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进行详细的描述，以使得本实用新型的上述优点更加明确。

图1是本实用新型小型回流式结冰风洞设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细地说明。

如图1所示，一种小型回流式结冰风洞设备，包括：设于设备内部的风洞体，所述风洞体为分段管道设计，通过管道连接构成一全封闭的回流式风洞，具体包括：依次相连接的稳定段1、收缩段2、试验段3和扩散段4，试验段和收缩段分别通过管道连接所述测量系统13和水滴喷雾系统14，且测量系统13和水滴喷雾系统14通过管道相连接，此外，扩散段连接第一拐角段5，第一拐角段5连接第一回流段6，第一回流段6连接第二拐角段7，第二拐角段7连接风扇段8，风扇段8连接第二回流段9，第二回流段9连接第三拐角段10,第三拐角段10连接第三回流段11，第三回流段11连接第四拐角段12，且所述风洞为，且第三回流段11通过管道连接到制冷主机16，制冷主机16连接到位于设备外部的冷却塔18。

进一步地，优选的是，还设有控制系统15和变频器17，连接到制冷主机和风扇段8中的风扇，并控制风扇的转速。

进一步地，优选的是，所述收缩段2的管道为收缩式设计，且自稳定段向试压段直径变小。

进一步地，优选的是，所述试验段3的底部有顶部是真空保温玻璃，且玻璃外面装有红外测量系统，所述红外测量系统又连接至所述控制系统15。

进一步地，优选的是，所述稳定段1内装有滤网。

进一步地，优选的是，所述第三回流段11内装有蒸发器，该蒸发器为所述制冷主机16相连接的蒸发器。

进一步地，优选的是，所述第一拐角段、第二拐角段、第三拐角段、第四拐角段内设导流片。

其中，本发明采取了上述方案以后，由于在风洞的稳流段前加上蒸发器空气通过蒸发器变成冷温气体，因为是回流式封闭风洞，因此在试验前，风洞提前工作可达到设定的零下温度点，并保持该温度，该方法保证在风洞中温度的均匀。

此外，在试验收缩前加有网状喷雾头，该系统由高温水和具有一定压力的气体混合而成，可以根据要求，调节气体压力，改变喷雾水滴直径大小。

其中，试验段采用真空双层加热玻璃制作而用，且玻璃表面具有电加功能，方便试验过程观测结冰速度、冰形、过冷水滴直径和含量。

另外，在实施例中，可以将相位多谱勒粒子分析仪，安装于试验段外，通过两束激光束的相交处散射光，并在远场产生干涉图形，从而进行分析计算在该范围内液态水的含量和水滴直径大小。通过测量和计算，进行控制和调节喷雾处水和气的含量比例及气压大小。从而达到改变试验中需要的水滴大小和含量。

其中，根据该风洞设备，能够过工来压缩机和液化氮混合快速制冷，并保持和控制精度的试验环境温度，并通过激光测量和精确气体一体控制，达到控制和测理液压水滴在空气中的含量及液态水滴的直径。该设备功能齐全，且方法操作可行，测量和控制精确，保证在试验过程数据的准确和右靠。

与现在的结冰风洞相比，本发明采用双方式制冷风洞温度，并能精度的控制温度，保证有试验过程中温度的均匀性，并且本发明采用的激光测量的数学模型控制技术，控制液态水直径和含量，因平均液压水滴直径和液态水含量是风洞流场校测的2个重要参数，它们对结冰试验结果的可靠性至关重要。该方法对结冰研究提供了精度的控制和测量数据依据。

更具体的实施例中，一种新型的高精度风洞设计，其特点是用工业压缩机和液氮双制冷方法，制冷速度快，且成本较低，对风洞中的空气进行快带制冷，并达到设定温度，喷雾系统概据试验要求，预先计算出喷雾水滴大小，并调整喷雾水的含量主水商大小，在风洞的收缩段2处进行喷雾，低温气体及过冷水滴经过收缩段后，对试验段的模型进行结冰，并通过激光测量，反馈控制水滴和雾量，达到对模型结冰试验的研究。

并且，风洞风的形成由控制系统13控制变频器17带动风洞中的风叶进行高速旋转，根据不同试验要求，调节电机转速，改变风带高低，拐角段分别位于风洞的四个角，拐角处装有导流片，确保风经过拐角处的阻力降到最低。风经过9第二回流段后，曲于平稳，第三回流段11装有制冷系统的蒸发器，风经过第三回段11后，常温的风温度被降低到所需要的温度点。稳定段1装有滤网，风经过稳定段的滤网后，整个风道内的空气不再是乱流，变一个方向的直流风。

收缩段2是为了提高风速，并与试验段平稳过渡，收缩段2底部装有喷雾系统14，根据试验条件，喷雾系统自动调节气压、气流和水的比例，喷出所需要的水雾，水雾在低温状态下，一部份直接变成冰，降到试验箱的底部，一部份变成过冷水滴，随风到达试验段3，对试样模型进行结冰试验研究。在试验段3的底部有顶部是真空保温玻璃，玻璃外面装有红外测量系统，该系统可以实时测量风中含有水滴多少和水滴大小，经过测量，反蚀到控制系统操作台15，控制系统经过数学模型计算，控制和设定喷雾系统进行喷雾。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种小型回流式结冰风洞设备，其特征在于，包括：设于设备内部的风洞体，所述风洞体为分段管道设计，通过管道连接构成一全封闭的回流式风洞，具体包括：依次相连接的稳定段（1）、收缩段（2）、试验段（3）和扩散段（4），试验段和收缩段分别通过管道连接测量系统（13）和水滴喷雾系统（14），且测量系统（13）和水滴喷雾系统（14）通过管道相连接，此外，扩散段连接第一拐角段（5），第一拐角段（5）连接第一回流段（6），第一回流段（6）连接第二拐角段（7），第二拐角段（7）连接风扇段（8），风扇段（8）连接第二回流段（9），第二回流段（9）连接第三拐角段（10）,第三拐角段（10）连接第三回流段（11），第三回流段（11）连接第四拐角段（12），且第三回流段（11）通过管道连接到制冷主机（16），制冷主机（16）连接到位于设备外部的冷却塔（18）。

2.根据权利要求1所述的小型回流式结冰风洞设备，其特征在于，还设有控制系统（15）和变频器（17），连接到制冷主机和风扇段（8）中的风扇，并控制风扇的转速。

3.根据权利要求1或2所述的小型回流式结冰风洞设备，其特征在于，所述收缩段（2）的管道为收缩式设计，且自稳定段向试压段直径变小。

4.根据权利要求2所述的小型回流式结冰风洞设备，其特征在于，所述试验段（3）的底部有顶部是真空保温玻璃，且玻璃外面装有红外测量系统，所述红外测量系统又连接至所述控制系统（15）。

5.根据权利要求1或2所述的小型回流式结冰风洞设备，其特征在于，所述稳定段（1）内装有滤网。

6.根据权利要求1或2所述的小型回流式结冰风洞设备，其特征在于，所述第三回流段（11）内装有蒸发器，该蒸发器为所述制冷主机（16）相连接的蒸发器。

7.根据权利要求1或2所述的小型回流式结冰风洞设备，其特征在于，所述第一拐角段、第二拐角段、第三拐角段、第四拐角段内设导流片。