[实用新型]地面模拟空中运动载荷下蒸汽冷凝测试装置

说明书

技术领域

地面模拟空中运动载荷下蒸汽冷凝测试装置，属于两相流实验测量技术领域，涉及到空中运动载荷地面模拟平台、蒸汽生成及冷凝方法、蒸汽冷凝过程拍摄和流体参数测量方法的新技术。 

背景技术

航空航天技术是一个国家技术发展水平的重要标志。航空航天领域中，大功率高集成电子电气设备的装机，虽然提高了飞行器的总体性能和作战能力，但却带来了几十千瓦的发热载荷，其发热量是原先的几十倍，致使空气循环系统难以达到其设备的冷却要求，需要更好的能量管理和制冷系统。蒸发制冷循环中两相流介质利用潜热传递可以满足这一要求。早在上个世纪的七八十年代西方先进国家就酝酿用液冷和蒸发循环制冷系统的想法。作战飞机的高机动性使得蒸发循环系统管道中的两相流流动规律、传热特性及传质性能较地面固定设备，都发生了很大的变化。如同微重力下两相流具有明显特色一样，动载作用下的气液两相流的沸腾和凝结有其独特性能。凝结换热影响因素较多，换热机理复杂，受过载作用力的影响，表面张力及界面切应力将发生明显变化，其两相流凝结过程中的环状流、间隙流、波状流、弹状流、分层柱塞、珠状凝结等流动变化特性及其流阻特性将凸显出来。流型、流动稳定性、液膜剥离、凝珠汇流将发生打的变化。结果使其流动和传热传质特性更趋复杂。流动和传热的不稳定性，对蒸发器和冷凝器烧毁、震动，压缩机震动、液击等不利影响起到推波助澜之作用。动载作用下两相流的复杂性成了其设备发展瓶颈，进而影响到其在航空航天技术上的应用。由于其复杂性，蒸发循环环控系统排在五种环控系统的末尾。但它难以替代的大制冷能力及低能耗又极其诱人。经过多年的努力，蒸发制冷系统已应用在F-15A、F-22、Grumman E-2C等有限的几种作战飞机上。机载蒸发循环制冷子系统目前 仍是西方先进国家飞行器环境控制系统研究的重点。由于保密缘故，很难获得该体统具体的研究数据。我国高性能战斗机及大型运输机的发展，迫切需要为机载电子设备提供一个合适的工作环境，提高其可靠性和使用寿命。机载蒸发循环系统的研发，势在必行。 

飞行器的加速和机动飞行中，过载可以达到9个G或更高。这些动载荷必然作用于飞行器中的每个系统、每个部件、每个成员。机载蒸发循环系统及其主要部件——压缩机、蒸发器、冷凝器毫不例外要受到过载的作用。制冷剂的蒸发、凝结及流动和传热过程都会受到动载作用的影响，进而影响部件和系统的性能。所以，蒸发制冷循环系统的设计和运行的可靠性，将在很大程度上依赖于动载作用下制冷剂的冷凝机理的充分认识。因此，动载作用下蒸汽的冷凝研究就显得尤为重要。 

现阶段蒸汽冷凝实验研究大多停留在地面静止状态，这样得到的实验结果不能满足飞机机动飞行时产生动载状态的要求。动载的出现，使得地面上的很多研究成果在飞机上并不一定仍然成立，静止方式的实验方法的缺陷是无法实现动载对于蒸汽冷凝性能的影响，因此我们要得到在飞机上仍然适合的实验结果，实验环境必须要有动载作用。对于飞行动载作用下的蒸汽冷凝研究方面，鲜见相关的研究报道。这主要是因为飞行动载状态的实现有一定的困难。 

为了实现动载状态，现今许多包含飞行载荷状态的实验往往需要把整套设备和测量仪器都安装到飞机上进行跟机实验。因为飞行载荷是由飞机高速机动飞行时转弯所产生的向心力造成的，所以在进行飞行载荷状态下的实验时，飞机只有长时间地做加速、减速、高速转弯、横滚、快速俯冲拉起等危险动作才会获得持续的过载。这种情况下进行实验的安全性比较差，容易发生飞行事故和损坏实验设备。此外由于只有适合飞行条件的天气出现时飞机才能上天飞行，导致跟机实验受天气的影响较大；还有就是跟机实验次数越多，飞行次数也就越多，实验成本就会相应很高。 

虽然现在已经有人设想在地面利用长直轨道加速以模拟飞行动载状态，可以不必进行跟机实验，但是由于这种方法需要上千米长的加速轨道，占用了很大的实验空间，实现起来很不容易，而且动载的大小也很难依据实验的要求进行实时调节。动载作用下两相流的地面模拟方法还没有实现，能够在动载条件下有效地进行两相流数据采集和实时检测的方法仍在探索中。