[发明专利]一种开式低气压结冰风洞地面试验系统及试验方法

说明书

一种开式低气压结冰风洞地面试验系统及试验方法，属于结冰风洞试验技术领域，系统由压气机、储气罐、空气阀门、蒸汽压缩制冷组件、高压空气喷雾喷嘴、真空阀、真空泵、轴流风扇、低压结冰风洞、真空罐、加热冷却装置、水箱、阀门、水泵、水喷雾喷嘴阵列、蜂窝器和蒸发器组成，系统结构新颖，试验方法原理清晰，可以达到实现低气压的目的，其外部结构可一体成型，减少了风洞内部的漏气，维持了风洞内部的流场稳定，本发明能够持续在风洞中营造低压环境，且风洞中的气流流速可调，能够无级调节风洞中的压力和风洞进风口处的温度，从而可以模拟不同飞行高度的环境，能够调价水喷雾喷嘴处水喷雾的温度可调，可以对不同温度的液滴结冰条件进行研究。

技术领域

本发明属于结冰风洞试验技术领域，涉及一种结冰风洞地面试验系统及试验方法，具体的说是涉及一种可模拟不同海拔飞行环境的开式低气压结冰风洞地面试验系统及试验方法。

背景技术

结冰风洞是进行航空飞行器器结冰地面研究的主要设备，其任务是提供能够模拟航空器飞行高度的气象条件。民航客机的飞行高度一般在10km左右，随着临近空间飞行器等特种飞行器的不断发展，其飞行高度不断攀升，可达到20～100km。高海拔所带来的低温低气压的气象条件给地面模拟设备(如结冰风洞)带来了较多技术难点。其中低温环境的模拟相对简单，在风洞进风口安装蒸汽压缩冷却装置的蒸发器即可实现对空气的冷却。而低压环境的实现却相对较难，对于闭式风洞而言，一般多采用较高的密封技术，先用真空泵将风洞空间抽成低气压，然后密封该空间，进行相关实验。但闭式风洞是一种环形风洞连接件多而且复杂，若密封不严，则会出现漏气从而保压效果较差。因此闭式低压风洞要实现低气压，要以严格的封闭技术作为技术保障，这就大大增加了风洞制作成本。开式风洞结构较闭式简单，但其首尾两端均与外部空间相连，故若将风洞直接置于地面大气环境，则无法实现其在低气压环境下运行。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提出一种开式低气压结冰风洞地面试验系统，风洞系统结构简单，风洞系统置于真空罐中可以达到实现低气压的目的，可避免闭式低气压风洞需要将风洞技术与真空密闭技术相结合的缺点，减少了了风洞内部的漏气，维持了风洞内部的流场稳定，风洞中的气流流速和水喷雾的温度可调，可对不同温度的液滴结冰条件进行研究，可实现不同飞行高度环境的模拟。

本发明的技术方案是：一种开式低气压结冰风洞地面试验系统，其特征在于：所述试验系统由压气机、储气罐、空气阀门、蒸汽压缩制冷组件、真空阀、真空泵、真空罐、加热冷却装置、水箱、阀门、水泵连接构成；所述真空罐内设有高压空气喷雾喷嘴、轴流风扇、低压结冰风洞、水喷雾喷嘴阵列、蜂窝器和蒸发器，所述蒸发器和蜂窝器设置在所述低压结冰风洞的进风口处，所述蜂窝器置于所述蒸发器的后方，所述轴流风扇设置在所述低压结冰风洞的出风口处，所述蒸汽压缩制冷组件的出口与所述蒸发器的进口相连，所述压气机的出口与所述储气罐的进口相连接，储气罐的出口与所述真空罐内的高压空气喷雾喷嘴的进口相连接，所述空气阀门置于所述储气罐与高压空气喷雾喷嘴之间，所述加热冷却装置设置在水箱的内部，所述水箱的出口与水泵的进口相连，其管路之间安装有阀门，所述水泵的出口与所述水喷雾喷嘴阵列连接，所述真空罐的出风口与真空泵连接，其管路上设有真空阀。

所述蒸汽压缩制冷组件由是压缩机、冷凝器和节流阀连接组成。

所述低压结冰风洞呈瓶状结构，蒸发器和蜂窝器置于低压结冰风洞的大端，轴流风扇置于低压结冰风洞的小端。

所述水喷雾喷嘴阵列设置在低压结冰风洞的变径处，水喷雾喷嘴阵列呈圆形阵列。

一种开式低气压结冰风洞地面试验系统的试验方法，包括如下步骤：

(1)将风洞系统置入所述真空罐，关闭真空罐并接通电源；

(2)同时开启所述压气机和真空泵，所述高压空气喷雾喷嘴在真空罐内喷出高压空气，所述真空泵的运行使得真空罐内处于低压环境；