[发明专利]地面结冰条件模拟系统中过冷水滴的形成和检测方法以及目标模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种地面结冰条件模拟设备的过冷水滴形成及检验技术，特别地， 涉及一种地面较低环境温度下，采用供水温度及供气温度可调的雾化喷嘴形成过冷 水滴以模拟一定冷天环境温度条件下的地面结冰气象条件。

背景技术

飞机设计研制的全过程一般包括预发展、工程发展、详细设计、全面试制、 适航取证等五个阶段。适航取证后，意味着飞机的安全性设计被认可，也就获得了 “准生证”。拿到此证后，飞机便可以进入批量生产的实质阶段。

《中国民用航空规章》第25部(CCAR―25)适航条款针对发动机进气道防冰 提出必须进行地面模拟结冰条件下试验以验证其防冰性能，具体条款内容如下： CCAR25.1093(b)(2):每台涡轮发动机必须在温度-1～-9℃(15～30°·F)、液态 水含量不小于0.3g/m3、水呈水滴状态(其平均有效直径不小于20微米)的大气 条件下，进行地面慢车运转30分钟，此时可供发动机防冰用的引气处于其临界状 态，而无不利影响，随后发动机以起飞功率(推力)作短暂运转。在上述30分钟 慢车运转期间，发动机可以按适航当局可接受的方式间歇地加大转速到中等功率 (推力)。针对上述要求，地面结冰模拟设备运行时，如何保证设备产生满足要 求的过冷水滴显得更为关键。

自然条件下的结冰条件不能满足上述试验要求，为此，航天航空领域采用室 内风洞试验来解决自然条件下的结冰条件的缺陷。简单地讲，就是依据运动的相对 性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此 模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。在室内风洞实验室中，各种参数都 可以根据试验要求进行控制，以到达试验要求。

这种风洞实验室可以有效解决寻找自然结冰条件所带来的周期进度长，自然 结冰条件不完全与试验要求匹配的问题。但室内风洞实验室的造价昂贵。

为此，航天航空领域的科研人员对自然条件接近试验要求的场地进行改造， 以人工模拟结冰环境，这样既可以有效解决寻找自然结冰条件所带来的周期进度长 的问题，又解决了利用室内风洞实验室进行试验的费用上的高成本的问题。例如， 公布号为CN 102582843 A的发明名称为“地面结冰条件模拟系统”的中国专利申 请，是自然环境人工模拟结冰条件的一个例子。

但这种利用室外自然环境进行人工模拟结冰条件时，有些因素难以控制，从 而导致试验的参数不稳定。为此，对于过冷水滴的状态很难精确控制，尤其是无法 检验所形成的过冷水滴是否符合试验要求，最终影响试验结果。例如，在该专利申 请公开中，只提到“测控装置中可设置有结冰条件测试器，用以随时读取测试环境 中的结冰参数，这对顺利准确地进行地面结冰条件模拟试验来说大有裨益”。但该 文中的“随时读取测试环境中的结冰参数”并不能保证喷雾装置喷射出的水雾在目 标位置处能够产生符合测试要求的过冷水滴。

因此，为了能够在符合试验要求的地面模拟结冰条件下进行试验，以验证发 动机进气道唇口的防冰性能，必须严格控制试验环境中的雾化喷嘴所喷射的水雾符 合要求的过冷水滴。雾化喷嘴的供水温度和供气温度会影响水滴的过冷状态。为此， 如何调节雾化喷嘴的供水温度和供气温度，从而产生满足要求的过冷水滴，成为问 题的关键。

发明内容

因此，为了提供符合试验要求的过冷水滴，根据本发明的一个方面，提供一 种用于地面结冰条件模拟系统中的过冷水滴形成的方法，所述过冷水滴由喷雾装置 所喷射出的水雾所形成，所述方法包括如下步骤：

初定喷雾装置的供水温度和供气温度，启动喷雾装置以沿喷射方向喷射水雾； 待喷雾装置的工作稳定后，在试验目标位置和/或距离试验目标位置附近放置地面 目标模拟装置，所述地面目标模拟装置包括至少一个模拟标板,所述模拟标板包括 面对沿喷射方向喷射的水雾的测试表面；根据试验目标位置处和/或附近的地面目 标模拟标板的测试表面上沉积的水雾的结冰状态，调节供气温度和/或供水温度， 使得目标模拟标板处的水雾的水滴正好达到试验要求的过冷水滴状态。

根据上述的过冷水滴形成的方法，所述至少一个模拟标板包括至少三个模拟 标板，这些模拟标板呈平面状态，其一侧是所述测试表面，所述至少三个模拟标板 沿水雾喷射方向间隔开并纵向地设置，同时，沿垂直于所述喷射方向的方向横向地 至少部分错开。