[实用新型]连续式高速风洞液氮降温供配气系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及低温液体输运驱动与控制系统的设计领域，具体是一种用于连续式高速风洞的液氮降温供配气系统。

背景技术

雷诺数是风洞实验模拟飞行器实际飞行能力的重要相似参数。从理论上来讲，要使风洞实验能完全模拟真实的飞行状态，就必须使风洞实验和实际飞行的雷诺数保持一致。然而，由于受到模型尺寸、风洞动力设备、能源系统等因素的限制，目前的风洞实验雷诺数还难以达到实际的飞行雷诺数。研制高雷诺数风洞对我国航空工业和国防科技的发展具有重要战略意义和工程应用价值。

连续式高速风洞是由轴流压缩机驱动的可连续长时间运行的回流式高速空气动力学实验平台，其流场品质和实验效率远高于常规暂冲式风洞。但由于连续式高速风洞由大功率电机驱动，受能源系统的限制，其实验段雷诺数与实际飞行雷诺数仍有一定差距，不能很好地满足战斗机和大型高速民机模型实验的需求。雷诺数由流体密度、温度、速度和模型尺寸决定，在实验段尺寸与流体介质不易改变的情况下，降温可增大流体密度，减小粘性系数，是一种提高实验雷诺数有效途径。我国目前在低温连续式高速风洞方面尚属空白，因此，研制适用于连续式高速风洞的液氮降温系统及其相关低温实验技术对我国风洞技术创新与武器装备研制具有重要意义。

连续式高速风洞降温系统由液氮存储装置、供配气系统、测量系统和控制系统及液氮喷注装置五大子系统组成，其中供配气系统是整体降温系统的核心组成部分，用于气控气与挤推气的制备、存储、调压及供给，为气动电磁阀和液氮储罐提供稳定的控制气源和挤推压力，形成液氮喷入风洞的驱动源。

从技术角度讲，挤推方式或液氮泵增压方式均可作为液氮喷入的驱动源。挤推方式的特点是响应快，可以提供稳定的喷前压，不需要较大的驱动动力，适合于短时间间隙工作。由于液氮流量较大，液氮罐自备蒸发器的蒸发量无法满足液氮挤推气量需求，需要在系统运行之前预先储备挤推气；挤推方式驱动要求液氮储罐和管路系统具有较高的工作压力。液氮泵输送方式适合长时间连续工作，但最主要问题是响应较慢，且需要较大的驱动功率。因此，根据连续式高速风洞的结构特点和运行模式，针对挤推输运方案，需要研制一套适用于连续式高速风洞的液氮供配气系统，通过高压气瓶组向液氮储罐提供挤推压力，在储罐与喷嘴间的压差驱动下，将液氮送入风洞。

发明内容

针对连续式高速风洞的结构特点和运行模式，本实用新型通过建立液氮喷入量与挤推气压力及流量的匹配关系，提出一套用于连续式高速风洞的液氮供配气系统，解决高压氮气制备与存储、液氮储罐预增压、气控气与挤推气压力、流量控制的技术问题，形成稳定、可靠的阀门控制气源与液氮驱动源。

本实用新型的技术方案为：

所述一种连续式高速风洞液氮降温供配气系统，其特征在于：包括液氮低温泵、汽化器、高压气瓶组、配气系统、连接管道和配套阀门；

液氮低温泵将储罐内的液氮输送至汽化器，液氮在汽化器内蒸发增压，而后进入高压气瓶组；所述高压气瓶组分为气控气瓶组和挤推气瓶组；所述高压气瓶组总容积满足气控气、储罐预增压和挤推气需要的气量要求；高压气瓶组连接配气系统，配气系统对共计四路气进行压力设定，形成四路出口；其中气控气瓶组对应配气系统两路出口：低压控制气口和高压控制气口；挤推气瓶组对应配气系统两路出口：预增压气口和挤推供气口。

进一步的优选方案，所述一种连续式高速风洞液氮降温供配气系统，其特征在于：液氮低温泵排量为250L/h，出口压力为15MPa；汽化器蒸发量为200Nm³/h，工作压力为15MPa，出口温度等级：≥5℃；高压气瓶组压力达到目标压力值15MPa后，液氮低温泵停止运行，氮气制备工作完成。

进一步的优选方案，所述一种连续式高速风洞液氮降温供配气系统，其特征在于：高压气瓶组由27只相同的分层堆叠式布置的高压气瓶组成，单只气瓶的容积为0.12m³，总容积为3.24m³，工作压力为15MPa；其中气控气瓶组由2只气瓶构成，容积为0.24m³，用于向多个气动阀汽缸供气，实现气动阀阀门的快速启闭，对应的汇流后的出气总管通径为15mm；挤推气瓶组由25只气瓶构成，容积为3m³，用于向液氮储罐预增压和挤推液氮，对应的出气总管通径为25mm。

进一步的优选方案，所述一种连续式高速风洞液氮降温供配气系统，其特征在于：配气系统低压控制气口的压力配置为1MPa，高压控制气口的压力配置为5MPa，预增压气口的压力配置为2MPa，挤推供气口的压力配置为2.7MPa。