控制水霧均勻性的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種以目標(biāo)反饋式方式控制水霧均勻性的方法，水霧由噴霧裝置的多個噴嘴所形成，方法包括如下步驟：（1）將包括網(wǎng)格的測試板放入水霧經(jīng)過的通道中，使水霧經(jīng)過網(wǎng)格，測試板具有所需要的面積；（2）在水霧經(jīng)過網(wǎng)格的一段時間后，從水霧中取出測試板，對網(wǎng)格的不同部位上的結(jié)冰厚度進(jìn)行測量，從而判斷不同部位上的結(jié)冰厚度的均勻性是否滿足要求；（3）如果均勻性測量結(jié)果超出了允許值，進(jìn)行調(diào)整步驟，調(diào)整步驟是降低風(fēng)洞速度、對噴霧系統(tǒng)的供水和供氣參數(shù)重新進(jìn)行調(diào)整的至少一項，然后使用測試板繼續(xù)作均勻性檢查；（4）均勻性測量結(jié)果還不符合要求就重復(fù)步驟（1）至（3），直至水霧的均勻性符合要求。還提供用上述方法的測試系統(tǒng)。
【專利說明】控制水霧均勻性的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制水霧均勻性的方法和裝置，尤其涉及，用目標(biāo)反饋式方式控制水霧均勻性的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)設(shè)計研制的全過程一般包括預(yù)發(fā)展、工程發(fā)展、詳細(xì)設(shè)計、全面試制、適航取證等五個階段。適航取證后，意味著飛機(jī)的安全性設(shè)計被認(rèn)可，也就獲得了“準(zhǔn)生證”。拿到此證后，飛機(jī)便可以進(jìn)入批量生產(chǎn)的實質(zhì)階段。
[0003]民用飛機(jī)適航取證時，需要進(jìn)行一個結(jié)冰條件下的地面試驗，以表明對適航條款CCAR/FAR25.1093(b) (2)的符合性，該條款要求的結(jié)冰環(huán)境為液態(tài)水含量(LWC)不小于
0.3g/m3，水滴平均直徑(MVD)不小于20 μ m。
[0004]在自然界中尋找滿足條款要求的結(jié)冰條件周期長代價大，為此，航天航空領(lǐng)域采用室內(nèi)風(fēng)洞試驗來解決試驗環(huán)境的尋找問題。簡單地講，就是依據(jù)運(yùn)動的相對性原理，將飛行器的模型或?qū)嵨锕潭ㄔ谑覂?nèi)人工環(huán)境中，人為制造氣流流過，以此模擬空中各種復(fù)雜的飛行狀態(tài)，獲取試驗數(shù)據(jù)。在室內(nèi)風(fēng)洞實驗室中，各種參數(shù)都可以根據(jù)試驗要求進(jìn)行控制，以到達(dá)試驗要求。
[0005]這種風(fēng)洞實驗室可以有效解決尋找自然結(jié)冰條件所帶來的周期進(jìn)度長，自然結(jié)冰條件不完全與試驗要求匹配的問題。但室內(nèi)風(fēng)洞實驗室的建設(shè)周期長而且造價與運(yùn)行費用都極其昂貴。
[0006]為此，航天航空領(lǐng)域的科研人員對自然條件接近試驗要求的場地進(jìn)行改造，以人工模擬結(jié)冰環(huán)境，這樣既可以有效解決尋找自然結(jié)冰條件所帶來的周期進(jìn)度長的問題，又解決了利用室內(nèi)風(fēng)洞實驗室進(jìn)行試驗的費用上的高成本的問題。但這種利用室外自然環(huán)境進(jìn)行人工模擬結(jié)冰條件時，有難以控制的參數(shù)，從而導(dǎo)致試驗不穩(wěn)定，最終影響試驗結(jié)果。
[0007]為了避免試驗件不同部位因為感受到的結(jié)冰條件不同而影響試驗結(jié)果，并且保證結(jié)冰參數(shù)測試位置處的測試結(jié)果能夠代表試驗件附近的真實結(jié)冰條件，需要對人工模擬的結(jié)冰條件均勻性進(jìn)行控制。人工模擬結(jié)冰條件產(chǎn)生過程中，需要對從噴嘴飛離的液滴進(jìn)行快速冷卻達(dá)到過冷狀態(tài)，液滴的冷卻依賴于與風(fēng)洞氣流的對流換熱，為了達(dá)到水滴快速冷卻的目的，需要加大風(fēng)洞的氣流速度，但風(fēng)洞的速度太大會導(dǎo)致水霧均勻性變差，在保證水滴過冷的同時并保證水霧均勻是一個難點。
[0008]如圖6所示，目標(biāo)LWC (液態(tài)水含量)是供水壓力、供氣壓力和風(fēng)洞速度的函數(shù)，在該適航取證的試驗中，供水壓力、供氣壓力和風(fēng)洞速度中的任何一個參數(shù)的改變都會影響水霧的目標(biāo)LWC數(shù)值。因此，目標(biāo)LWC會隨三個參數(shù)中任何一個的改變而改變。
[0009]如圖6所示，目標(biāo)MVD (水滴平均直徑)是供水壓力、供氣壓力和測量位置的函數(shù)，因此，水霧的目標(biāo)MVD數(shù)值除了供水壓力、供氣壓力外還受到測試位置的影響。
[0010]為此，試驗人員首先要知道試驗件不同部位的水霧狀況才能對各個可控制的參數(shù)進(jìn)行合適的調(diào)整，從而使水霧既能夠達(dá)到目標(biāo)LWC數(shù)值和目標(biāo)MVD數(shù)值，又能夠使水霧的均勻性滿足試驗要求。因此，獲得試驗件不同部位的水霧狀況的參數(shù)是解決水霧均勻性的問題的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，為了提供符合試驗要求的試驗環(huán)境，解決上述的技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種以目標(biāo)反饋式方式控制水霧均勻性的方法，所述水霧由噴霧系統(tǒng)的噴霧裝置所形成，所述噴霧裝置包括縱橫排列的多個噴嘴，所述方法包括如下步驟:(I)將包括網(wǎng)格的測試板放入由噴霧裝置所形成的水霧經(jīng)過的通道中，使水霧經(jīng)過所述測試板中的所述網(wǎng)格，所述測試板具有所需要的面積；(2)在水霧經(jīng)過所述測試板中的所述網(wǎng)格的一段時間后，從水霧中取出所述測試板，對所述測試板中的所述網(wǎng)格的不同部位上的結(jié)冰厚度進(jìn)行測量，從而判斷所述網(wǎng)格的不同部位上的結(jié)冰厚度的均勻性是否滿足要求；(3)如果均勻性測量結(jié)果超出了允許值，則進(jìn)行調(diào)整步驟，所述調(diào)整步驟是降低風(fēng)洞速度、對噴霧系統(tǒng)的供水和供氣參數(shù)重新進(jìn)行調(diào)整的至少一項，然后使用所述測試板繼續(xù)作均勻性檢查；
(4)如果均勻性測量結(jié)果還不符合要求，重復(fù)步驟(I)至(3)，直至水霧的均勻性符合要求。
[0012]在上述的控制水霧均勻性的方法中，所述步驟(2)的一段時間包括5分鐘，以使所述水霧在所述測試板的所述網(wǎng)格上結(jié)冰。
[0013]在上述的控制水霧均勻性的方法中，所述噴嘴包括工作的噴嘴和不工作的噴嘴，所述步驟(3)的調(diào)整步驟包括調(diào)整工作的噴嘴數(shù)量，以有選擇性地關(guān)閉部分工作的噴嘴或開啟部分不工作的噴嘴，從而在所述測試板的所述面積上形成均勻的水霧。
[0014]在上述的控制水霧均勻性的方法中，在有選擇性地關(guān)閉或開啟部分噴嘴時，錯排和/或錯列地關(guān)閉工作的噴嘴或開啟不工作的噴嘴。
[0015]在上述的控制水霧均勻性的方法中，所述測試板的網(wǎng)格由縱條和橫條所形成且排列均勻。
[0016]在上述的控制水霧均勻性的方法中，所述測試板的所述面積對應(yīng)于需要在所述水霧中做結(jié)冰試驗的試驗件的橫截面的面積。
[0017]在上述的控制水霧均勻性的方法中，在所述步驟(I)之前還包括如下步驟:
[0018](a)將包括柵格板的結(jié)冰條件測量設(shè)備放置在所述噴霧系統(tǒng)的噴霧裝置所噴射出的水霧經(jīng)過的通道中，使格柵板的面與噴霧裝置的噴霧面平行；(b)打開風(fēng)洞，將風(fēng)洞風(fēng)速調(diào)整至目標(biāo)值，啟動噴霧裝置，產(chǎn)生水霧，該水霧經(jīng)過設(shè)置在噴射通道中的結(jié)冰條件測量設(shè)備；(c)通過結(jié)冰條件測量設(shè)備讀取水霧的LWC和MVD實時數(shù)值，查看LWC和MVD數(shù)值是否滿足測試要求，待LWC和MVD數(shù)值與試驗要求值接近時，開始步驟(I )。
[0019]在上述的控制水霧均勻性的方法中，在所述步驟(4)中，當(dāng)均勻性測量結(jié)果符合要求時，此時結(jié)冰條件測量設(shè)備所獲得的LWC和MVD參數(shù)代表整個水霧環(huán)境的參數(shù)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于控制水霧均勻性的方法中的測試板，所述測試板具有所需的面積并包括在所述面積上形成的網(wǎng)格，從而從形成在該面積區(qū)域的網(wǎng)格上的結(jié)冰狀態(tài)來判斷形成結(jié)冰的水霧的均勻性。
[0021]在上述的測試板中，所述測試板的網(wǎng)格由縱條和橫條所形成。
[0022]在上述的測試板中，所述測試板的所述面積對應(yīng)于需要在所述水霧中做結(jié)冰試驗的試驗件的橫截面的面積。[0023]根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種用于控制水霧均勻性的方法的噴霧裝置，所述噴霧裝置包括多個縱橫排列的、間隔開的噴嘴，各個噴嘴可以獨立開啟和關(guān)閉，從而根據(jù)所述測試板上的結(jié)冰均勻性的反饋控制各個噴嘴的開啟和關(guān)閉，使噴嘴包括工作的噴嘴和關(guān)閉的噴嘴，從而在所述測試板的面積上形成符合要求的均勻水霧。
[0024]在上述的噴霧裝置中，所述噴霧裝置在被有選擇性地關(guān)閉或開啟部分噴嘴時，能夠錯排和/或錯列地關(guān)閉工作的噴嘴或開啟不工作的噴嘴。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供一種用于控制水霧均勻性的方法的測試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括上述的測試板和上述的噴霧裝置。
[0026]本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:該方法和所涉及的裝置使得民用飛機(jī)在適航取證時進(jìn)行試驗的成本較低，但同時能夠滿足試驗要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明示例性實施例中所采用的噴霧系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0028]圖2是圖1所示的噴霧系統(tǒng)的俯視圖；
[0029]圖3是圖1和2所示的噴霧系統(tǒng)中所采用的噴霧裝置的主視示意圖，其中有斷裂線.[0030]圖4示出本發(fā)明示例性實施例中進(jìn)行水霧均勻性測量的測試板的主視示意圖，圖中示出了測試板的網(wǎng)格；
[0031]圖5示出了測試板的網(wǎng)格上的一個測試結(jié)果，該結(jié)果顯示了水霧分布情況；
[0032]圖6示出了目標(biāo)LWC(液態(tài)水含量)與供水壓力、供氣壓力和風(fēng)洞速度之間的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0033]下面通過一個實施例來說明目標(biāo)反饋式水霧均勻性測試和均勻性控制方法。
[0034]如圖1所示,該圖是噴霧系統(tǒng)I的側(cè)視圖,其中噴霧系統(tǒng)I包括噴霧裝置10，噴霧裝置10噴射出水霧13。
[0035]在進(jìn)行適航取證的試驗時所需要的水霧由噴霧裝置10所形成。如圖3所示，該圖示出了噴霧裝置10的正面的一部分，在該所示面中，設(shè)置了多個噴嘴11和12，見附圖中的“〇”和“X”的標(biāo)記。
[0036]該方法通過綜合調(diào)整噴嘴11和12的工作數(shù)量、噴嘴供水壓力、噴嘴供氣壓力和風(fēng)洞速度來控制水霧均勻性，并采用一種如圖4所示的網(wǎng)格21和22分布均勻的格柵，即測試板20，對水霧均勻性進(jìn)行測量。測試板20具有所需要的面積大小，以滿足試驗件大小的需求。在實現(xiàn)噴霧裝置10寬范圍模擬所需要的LWC和MVD的同時，對試驗件周圍的水霧均勻性進(jìn)行監(jiān)控，從而反饋到控制系統(tǒng)，進(jìn)而調(diào)整噴嘴數(shù)量、噴嘴供水壓力、風(fēng)洞速度等來實現(xiàn)水霧均勻性。
[0037]圖3所示實施例的噴霧裝置10使用11X11個噴嘴布局，噴霧裝置的核心目標(biāo)是模擬出滿足試驗要求的LWC和MVD，LffC與噴嘴噴出的水量和空氣流速直接相關(guān)，關(guān)系式如下:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種以目標(biāo)反饋式方式控制水霧(13)均勻性的方法，所述水霧(13)由噴霧系統(tǒng)(I)的噴霧裝置(10)所形成，所述噴霧裝置(10)包括縱橫排列的多個噴嘴(11，12)，所述方法包括如下步驟: (1)將包括網(wǎng)格(21，22)的測試板(20)放入由噴霧裝置(10)所形成的水霧(13)經(jīng)過的通道中，使水霧(13)經(jīng)過所述測試板(20)中的所述網(wǎng)格(21，22)，所述測試板(20)具有所需要的面積； (2)在水霧(13)經(jīng)過所述測試板(20)中的所述網(wǎng)格(21，22)的一段時間后，從水霧(13)中取出所述測試板(20)，對所述測試板(20)中的所述網(wǎng)格(21，22)的不同部位上的結(jié)冰厚度進(jìn)行測量，從而判斷所述網(wǎng)格(21，22)的不同部位上的結(jié)冰厚度的均勻性是否滿足要求； (3)如果均勻性測量結(jié)果超出了允許值，則進(jìn)行調(diào)整步驟，所述調(diào)整步驟是降低風(fēng)洞速度、對噴霧系統(tǒng)的供水和供氣參數(shù)重新進(jìn)行調(diào)整的至少一項，然后使用所述測試板(20)繼續(xù)作均勻性檢查； (4)如果均勻性測量結(jié)果還不符合要求，重復(fù)步驟(I)至(3)，直至水霧的均勻性符合要求。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)的一段時間包括5分鐘，以使所述水霧(13)在所述測試板(20)的所述網(wǎng)格(21，22)上結(jié)冰。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述噴嘴(11，12)包括工作的噴嘴(11)和不工作的噴嘴(12)，所述步驟(3)的調(diào)整步驟包括調(diào)整工作的噴嘴(11)數(shù)量，以有選擇性地關(guān)閉部分工作的噴嘴(11)或開啟部分不工作的噴嘴(12)，從而在所述測試板(20)的所述面積上形成均勻的水霧。
4.如權(quán)利要求3所 述的方法，其特征在于，在有選擇性地關(guān)閉或開啟部分噴嘴時，錯排和/或錯列地關(guān)閉工作的噴嘴(11)或開啟不工作的噴嘴(12)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述測試板(20)的網(wǎng)格由縱條(21)和橫條(22)所形成且排列均勻。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測試板(20)的所述面積對應(yīng)于需要在所述水霧(13)中做結(jié)冰試驗的試驗件的橫截面的面積。
7.如上述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其特征在于，在所述步驟(I)之前還包括如下步驟: (a)將包括柵格板的結(jié)冰條件測量設(shè)備(2)放置在所述噴霧系統(tǒng)(I)的噴霧裝置(10)所噴射出的水霧(13)經(jīng)過的通道中，使格柵板的面與噴霧裝置(10)的噴霧面平行； (b)打開風(fēng)洞，將風(fēng)洞風(fēng)速調(diào)整至目標(biāo)值，啟動噴霧裝置(10)，產(chǎn)生水霧(13)，該水霧(13)經(jīng)過設(shè)置在噴射通道中的結(jié)冰條件測量設(shè)備(2)； (c)通過結(jié)冰條件測量設(shè)備(2)讀取水霧(13)的LWC和MVD實時數(shù)值，查看LWC和MVD數(shù)值是否滿足測試要求，待LWC和MVD數(shù)值與試驗要求值接近時，開始步驟(I)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步驟(4)中，當(dāng)均勻性測量結(jié)果符合要求時，此時結(jié)冰條件測量設(shè)備(2)所獲得的LWC和MVD參數(shù)代表整個水霧環(huán)境的參數(shù)。
9.一種用于權(quán)利要求1所述方法的測試板(20)，所述測試板具有所需的面積并包括在所述面積上形成的網(wǎng)格(21，22)，從而從形成在該面積區(qū)域的網(wǎng)格上的結(jié)冰狀態(tài)來判斷形成結(jié)冰的水霧的均勻性。
10.如權(quán)利要求9所述的測試板，其特征在于，所述測試板(20)的網(wǎng)格(21，22)由縱條(21)和橫條(22)所形成。
11.如權(quán)利要求10所述的測試板，其特征在于，所述測試板(20)的所述面積對應(yīng)于需要在所述水霧(13)中做結(jié)冰試驗的試驗件的橫截面的面積。
12.一種用于權(quán)利要求1所述方法的噴霧裝置，所述噴霧裝置包括多個縱橫排列的、間隔開的噴嘴(11，12)，各個噴嘴可以獨立開啟和關(guān)閉，從而根據(jù)所述測試板上的結(jié)冰均勻性的反饋控制各個噴嘴的開啟和關(guān)閉，使噴嘴包括工作的噴嘴(11)和關(guān)閉的噴嘴(12)，從而在所述測試板的面積上形成符合要求的均勻水霧。
13.如權(quán)利要求12所述的噴霧裝置，其特征在于，所述噴霧裝置在被有選擇性地關(guān)閉或開啟部分噴嘴時，能夠錯排和/或錯列地關(guān)閉工作的噴嘴(11)或開啟不工作的噴嘴(12)。
14.一種用于權(quán)利要求1所述方法的測試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括如權(quán)利要求9所述的測試板和如權(quán)利要求12 所述的噴 霧裝置。
【文檔編號】G01M9/04GK103471804SQ201310295899
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月15日
【發(fā)明者】李志茂, 王大偉, 李革萍, 白穆, 譚正文 申請人:中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司, 中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司上海飛機(jī)設(shè)計研究院