[发明专利]大型结冰风洞洞体回路等温等压加湿控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种大型结冰风洞洞体回路等温等压加湿控制系统及控制方法，属于结冰与防除冰试验技术领域，根据试验需求，依次启动风洞动力系统、制冷系统、高度模拟系统，使试验段气流场、温度场、壁面静压均达到设定值；同时将加湿控制系统准备好，干蒸气送抵湿度闭环控制系统；在启动喷雾系统模拟云雾场前，启动湿度闭环控制系统和多路压力闭环变结构PID控制策略，使多路蒸气从翼型喷雾排架的喷嘴等压喷出，实现水蒸气与风洞内高速流动的气流快速均匀混合，使结冰风洞洞体回路湿度快速达到设定值；再启动喷雾系统模拟云雾场，不再因为空气湿度影响云雾场的液态水含量和粒径，真实模拟结冰环境参数，提高试验结果准确性。

技术领域

本发明涉及风洞试验领域，具体涉及到一种大型结冰风洞洞体回路等温等压加湿控制系统及方法。

背景技术

结冰风洞是研究和评估航空飞行器结冰与防除冰问题的重要特种试验设施，主要用于飞机部件和全机缩比模型的结冰试验，兼顾飞机防/除冰系统验证试验和飞行器的高空低雷诺数试验，在国民经济与国防建设方面具有重要的作用。结冰风洞试验过程中，液态水含量是云雾场重要技术指标，洞体内气流湿度直接影响液态水含量。当相对湿度过低时，喷雾系统喷出的水就会有部分蒸发，液态水含量就会降低，当过度饱和时，又会有多余的水蒸气从中凝结出来，也会直接影响液态水含量和液态水粒径，使得实际参数与试验参数不一致，不能真实模拟结冰环境参数，直接影响试验结果准确性。

而对于大型结冰风洞，特别是风洞洞体回路容积超过1万立方米的风洞，洞体回路湿度控制范围大，通常湿度要求为70～100％（-15～-20℃）或100％（-20～-40℃），风洞湿度达到设定值控制在5min以内，相对湿度控制精度为±5%；加湿系统具备完整的手动／自动控制功能，能够实现远程控制和现场手动操作。目前大型结冰风洞因为空间非常大，风洞底部与风洞顶部具有较高的高度差，导致最高点和最低点之间具有明显的压差，导致目前已有的方法进行喷雾时无法保证风洞内所有喷口喷出的压力、温度相等。

专利CN103776122B公开了一种冰风洞湿度控制方法及其专用加湿系统，提出了一种风洞加湿系统，但是该文献仅仅公开了一种理论上的方法，并没有对实际的控制方法以及如何进行实施进行记载；并且该文献中记载的内容仅仅针对小型结冰风洞，对于在结冰试验过程中的压力、温度参数并没有做出实际的要求，在本领域技术员眼中可认为仅仅属于理论的研究，并不具备工程实施参考价值，同时也无法接近上述大型风洞面临的问题。

发明内容

本发明的目的是解决目前大型结冰风洞对于风洞试验过程中需要快速的等压等温加湿的问题，针对加湿截面大，对高差不同的水平蒸气管路采用压力闭环控制，实现多路蒸气从翼型喷雾排架的喷嘴等压喷出，保证洞体回路大截面迅速、均匀、稳定加湿，使洞体回路空气湿度快速达到设定值，真实模拟结冰环境参数，保证试验结果的真实性和有效性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大型结冰风洞洞体回路等温等压加湿控制系统，包括设置在风洞外的水软化单元、电加热单元、水气分离单元、湿度闭环控制单元和稳压系统，各个单元之间通过管路相互连接，在水气分离单元与湿度闭环控制单元之间的管路上连接有疏水阀，

设置在风洞内的多列翼型喷雾排架和湿度传感器，所述多列翼型喷雾排架与稳压系统通过管路连接，湿度传感器的信号连接到湿度闭环控制单元；

稳压系统包括一级稳压单元和二级稳压单元：

所述一级稳压单元具有一个输入端和若干个输出端，通过调节一级稳压单元实现每个输出端的压力一致；

所述一级稳压单元的每一个输出端连接若干个二级稳压单元，每一个二级稳压单元包括一个喷雾的喷嘴和对喷嘴的压力反馈单元，压力闭环控制单元通过压力反馈单元调整每个喷嘴的压力一致。

在上述技术方案中，在每一个喷嘴的输入前端设置有开关阀，压力闭环控制单元通过每一个喷嘴上的压力反馈单元调整开关阀的开度。