[发明专利]一种用于3D打印制备多孔冰层的地面实验系统及实验方法

说明书

本发明公开了一种用于3D打印制备多孔冰层的地面实验系统，包括冷环境箱，蠕动泵，三轴导轨，电脑主机，压电喷雾器，控制单元；所述压电喷雾器可根据实际使用需求进行更换，通过压电喷雾器微孔大小、数量，打孔范围，振动频率精确调节喷雾流量和液滴平均粒径；控制单元控制冷环境箱温度，滑轨运动，蠕动泵流量，压电喷雾器频率。本发明可在平板或不规则曲面表面3D打印具有稳定物理属性冰层，用以进行地面防除冰实验。本发明具有操作简便，结构简单，安装便捷，能耗低，维护方便且效果明显等优势，能有效提高地面冷环境防除冰实验质量。

技术领域

本发明涉及飞机防除冰领域，尤其涉及一种用于3D打印制备多孔冰层的地面实验系统。

背景技术

飞机结冰一直是航空安全的主要威胁之一，为了研究飞机防除冰建立地面冷环境实验台。地面防除冰实验对冰层物理属性要求较高，主要通过控制风道内风速、结冰温度、液态水含量(LWC)、平均粒径大小(MVD)来制备不同孔隙率及孔隙大小的冰层。冰层物理属性直接影响冰层与壁面粘附力、冰层强度进而影响防除冰系统效率。

目前国内外主要采用结冰风洞或地面冷环境箱制备符合要求的冰层，结冰风洞实验虽能制备满足要求的冰层，但由于实验周期长，费用高，很难大规模用于飞机防除冰实验；地面冷环境箱采用气液混合喷头通过控制气液压力及混合比制备冰层，该方法制备的冰层均匀性差且存在冰层物性难以控制的缺点。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种用于3D打印制备多孔冰层的地面实验系统及对应的实验方法。此系统安装操作简便，效果明显，精度高，可有效提高冰层制备精度。

技术方案：为达到上述目的，本发明用于3D打印制备多孔冰层的地面实验系统可采用如下技术方案：

一种用于3D打印制备多孔冰层的地面实验系统，包括冷环境箱、位于冷环境箱内的三轴位移台、安装在支架上的压电喷雾器、位于压电喷雾器下方的结冰基板；所述压电喷雾器包括蓄水箱，该蓄水箱的底壁为金属片，金属片上设有微孔区域，该微孔区域内开有若干与蓄水箱内部连通的微孔，金属片底部设有围绕该微孔区域安装的压电陶瓷。

进一步的，还包括与蓄水箱连接的蠕动泵。

进一步的，所述结冰基板为平板形或者曲面形。

进一步的，还包括低温环境箱，该低温环境箱为实验提供可控温实验环境。

进一步的，低温冷环境箱内设置温度传感器用于监测环境温度，并安装低温监控摄像装置用于观测结冰量。

进一步的，还包括连接3D打印台的电源。

进一步的，还包括控制单元，通过控制单元控制3D打印速度、面积、环境温度及喷雾流量。

进一步的，蠕动泵与压电喷雾器通过软管相连，用于控制喷雾量。

进一步的，所述压电喷雾器与三轴位移台通过连接件进行连接。

有益效果：相对于现有技术，本发明通过控制压电喷雾器孔径、孔数和激发频率可精确控制平均粒径大小及液态水含量以在低温环境下迅速将自压电喷雾器喷出的粒状的液态水在结冰基板上形成冰层。

而本发明提供的实验方法即能够通过上述实验系统打印出需要的冰层，该实验方法可采用以下技术方案：

根据结冰所需水滴平均粒径大小选择对应的压电喷雾器，该压电喷雾器中的微孔区域大小、微孔孔径及微孔数量与结冰所需水滴平均粒径大小相对应；将压电喷雾器安装在三轴位移台上，通过控制三轴位移台执行端滑台移动速度及压电喷雾器喷雾参数在低温冷环境内在结冰基板上均匀打印冰层；并通过执行端滑台的周期往复移动带动压电喷雾器打印出预设厚度的冰层。

进一步的，通过调节蠕动泵流量控制喷雾量。