[发明专利]一种风洞试验模拟用高空冰晶及混合相结冰产生设备

说明书

本发明公开一种风洞试验模拟用高空冰晶及混合相结冰产生设备，包括云雾生成系统、冰晶生成系统和冰晶输送系统，所述的云雾生成系统包括气源、水源和云雾喷嘴阵列，所述的冰晶生成系统位于低温环境室内部，所述的冰晶生成系统包括研磨机和振动筛，冰晶输送系统包括引射器、高压气源和输送管道，研磨机将冰块粉碎，由振动筛进行分级筛分并收集，达到要求的冰晶送至引射器的漏斗内，所述的引射器的进风口与高压气源连接，引射器的喷嘴通过输送管道与结冰风洞的稳定段内连接，在高速气流的作用下，将冰晶流化后输运并喷入到结冰风洞的稳定段内。本发明产生的冰晶粒子尺寸、混合相冰水混合物的比例可控，具有冰晶制备产量高和成本低的优点。

技术领域

本发明属于结冰风洞试验技术领域，具体涉及一种风洞试验模拟用高空冰晶及混合相结冰产生设备。

背景技术

冰晶主要由大气中的强对流云层，将低空气体运送至高层大气中，当水汽抬高到0℃等温线以上时，随着温度的下降，水蒸气被持续压缩时而形成。高空冰晶以固体形式存在，所以它不会附着在机身表面从而破坏升力，但是，当它进入发动机核心时，会先融化成水膜附在低压压气机部分静子部件上，并导致更多的冰晶附着在这些部件上，当冰晶积累到一定量时脱落，造成下游高压压气机部件损伤，影响发动机正常工作。所有喷气发动机都可能受此自然现象的影响，只不过每种机型具体的表现不同，某些机型可能更容易出现故障。

高空冰晶还会影加热探针等仪器仪表，导致仪表堵塞、测量数据失真等错误，给飞行员和自动驾驶仪等造成错误的驾驶操作，严重影响飞行安全。

在大气中，冰晶具有很多的形态和尺寸，冰晶通过与周围水蒸气的结合而增长尺寸。冰晶主要的结构是盘状、柱状或者是混合状，外形一般与环境温度有关。冰晶的次要结构由于冰枝的存在而变得高度复杂，次要结构一般是由附近水蒸气的饱和度所决定的。根据欧洲HIWC(高空冰晶结冰影响联合研究项目)在Darwin和Cayenne的飞行测试结果，冰晶的中值直径(Medium Mass Diameter,MMD)在200到1000微米之间，总水含量(Total WaterContent,TWC)在0.5～3.5g/m³，也有分析认为TWC理论值最高可能达到9g/m³。

根据欧美适航条例的规定，风洞试验中对冰晶粒径和总水含量寸进行了明确规定，其中值直径(MMD)的范围为50μm～200μm、总水含量(TWC)在0.5～5.3g/m³。因此需要风洞试验模拟用高空冰晶及混合相结冰产生设备，用于冰晶对航空飞行器中飞机发动机和加热探针等性能影响的试验研究。

发明内容

基于以上不足之处，本发明的目的是提供一种风洞试验模拟用高空冰晶及混合相结冰产生设备，能够满足航空适航条例规定的冰晶及其混合相试验中对粒径和总水含量的试验条件需求。

本发明所采用的技术方案如下：一种风洞试验模拟用高空冰晶及混合相结冰产生设备，包括云雾生成系统、冰晶生成系统和冰晶输送系统，所述的云雾生成系统包括气源、水源和云雾喷嘴阵列，所述的云雾喷嘴阵列位于结冰风洞的稳定段内，所述的气源和水源相连接后再与云雾喷嘴阵列连接，云雾喷嘴阵列将液态水雾化形成云雾水滴条件，所述的冰晶生成系统位于低温环境室内部，所述的冰晶生成系统包括研磨机和振动筛，所述的冰晶输送系统包括引射器、高压气源和输送管道，所述的研磨机将冰块粉碎，由振动筛进行分级筛分并收集，达到要求的冰晶送至引射器的漏斗内，所述的引射器的进风口与高压气源连接，引射器的喷嘴通过输送管道与结冰风洞的稳定段内连接，高压气源在引射器内膨胀加速并降温，防止冰晶因温度高而融化相变，在高速气流的作用下，将冰晶流化后输运并喷入到结冰风洞的稳定段内。

进一步的，所述的研磨机的粉碎腔体温度控制在-40℃以下。

进一步的，所述的低温环境室内部温度控制在-20℃以下。

进一步的，所述的输送管道经过保温处理。