一种集成式喷雾冷凝冰晶生成装置的制作方法

本发明涉及模拟航空发动机压气机叶片冰晶结冰地面模拟试验领域，尤其涉及一种集成式喷雾冷凝冰晶生成装置。

背景技术：

1、一般认为，航空发动机压气机，尤其是高压压气机等温度较高的部件不会结冰，但是近几十年来，研究发现，当飞机在冰晶气象条件下飞行时，航空发动机吸入冰晶会导致其压气机叶片结冰，严重影响飞行安全。目前国内针对航空发动机压气机叶片冰晶结冰的研究尚处于理论研究阶段，没有进行相关的试验研究。

2、为了研究航空发动机压气机叶片冰晶结冰机理，迫切需要开展航空发动机叶片冰晶结冰地面模拟试验，在地面模拟试验中，冰晶的生成技术是该试验的关键。国内目前还没有该类产品。

技术实现思路

1、本发明的目的：

2、目前国内缺乏对于航空发动机压气机叶片冰晶结冰机理的试验研究。本发明为航空发动机叶片冰晶结冰地面模拟试验提供了一种冰晶制造生成技术，能够为冰晶结冰试验制造出尺寸、含量等符合试验要求的冰晶，用于相关试验研究中。

3、本发明的技术方案是：

4、本发明提供一种集成式喷雾冷凝冰晶生成装置，包括：集成喷嘴系统、供水系统、供气系统；

5、供水系统用于向集成喷嘴系统提供水源，通过输水管路与集成喷嘴系统相连；

6、供气系统用于向集成喷嘴系统提供冷气源，通过冷气输气管与集成喷嘴系统相连；

7、集成喷嘴系统用于喷出供水系统和供气系统提供的水流和冷气流以形成冰晶。

8、进一步的，集成喷嘴系统包括：水滴雾化喷嘴、冷气喷嘴、喷嘴安装座；

9、水滴雾化喷嘴与供水系统的输水管路相连，用于喷出供水系统提供的水流以形成雾化水滴；水滴雾化喷嘴仅1个，截面为圆形，安装于喷嘴安装座中心；

10、冷气喷嘴与供气系统的冷气输气管相连，用于喷出供气系统提供的冷气流以冷凝水滴雾化喷嘴喷出的雾化水滴形成冰晶。冷气喷嘴共有8个，截面为圆形，且各个冷气喷嘴均匀圆周分布安装于喷嘴安装座外围；

11、喷嘴安装座为圆形，用于安装水滴雾化喷嘴和冷气喷嘴。

12、进一步的，供水系统包括：高压水源、水流控制阀门、输水管路；

13、高压水源用于向喷嘴系统提供水流，通过输水管路与喷嘴系统的水滴雾化喷嘴相连；

14、输水管路用于输送高压水源提供的水流，分为水平段和竖直段，其中竖直段与高压水源相连，水平段与集成喷雾系统内的水滴雾化喷嘴相连；

15、水流控制阀门安装于输水管路竖直段内靠近高压水源处，用于控制高压水源向输水管路中供水的流量和水压大小。

16、进一步的，供气系统包括：高压冷气源、冷气控制阀门、冷气输气管；

17、高压冷气源用于向喷嘴系统提供冷气，通过冷气输气管与喷嘴系统的冷气喷嘴相连；

18、冷气输气管用于输送高压冷气提供的冷气，分为水平段和竖直段，其中竖直段与高压冷气源相连，水平段与与集成喷雾系统内的冷气喷嘴相连；

19、冷气控制阀门安装于冷气输气管竖直段内靠近高压冷气源处，用于控制高压冷气源向冷气输气管中供气的流量大小。

20、进一步的，水滴雾化喷嘴喷出的雾化水滴直径30～250微米，喷雾流量单喷嘴不小于2g/s。

21、进一步的，该装置还包括：水流压力传感器和水流温度传感器；

22、水流压力传感器和水流温度传感器装于输水管路水平段内，其中水流温度传感器位置处于水流压力传感器与集成喷嘴系统之间；

23、水流压力传感器用于测量输水管路内的水流压力，给水流控制阀门对供水流量的调节提供反馈；

24、水流温度传感器用于测量输水管路内的水流温度。

25、进一步的，高压水源能够不间断供水达40分钟以上，以保证良好的试验持续性；高压水源的供水温度在一定范围内可调；高压水源内装有内置水泵，能够在一定范围内调节供水压力。

26、进一步的，该装置还包括：冷气压力传感器和冷气温度传感器；

27、冷气压力传感器和冷气温度传感器装于冷气输气管水平段内；其中冷气温度传感器位置处于冷气压力传感器与集成喷嘴系统之间；

28、冷气压力传感器用于测量冷气输气管内的冷气压力，给冷气控制阀门对供气流量的调节提供反馈；

29、冷气温度传感器用于测量冷气输气管内的冷气温度。

30、进一步的，高压冷气源供气温度不高于-30℃。

31、本发明的优点：

32、优点一：本发明的试验装置配备有液氮冷气源，使得制备冰晶试验无需在低温环境下进行，不受外界环境限制；

33、优点二：本发明中通过控制喷水量和喷冷气量的比例，控制雾化水滴的凝结比例，可以生成不同冰晶含量的冰晶云，满足多组试验的不同需求；

34、优点三：本发明能够精细化控制生成冰晶尺寸：通过喷嘴的选型，初步选定喷雾水滴直径范围，再通过微调喷流的水压，能够精细化调整喷雾水滴直径，有效提高试验精度。水滴直径控制精度能达到2微米。

技术特征：

1.一种集成式喷雾冷凝冰晶生成装置，其特征在于，包括：集成喷嘴系统、供水系统、供气系统；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，集成喷嘴系统包括：水滴雾化喷嘴(1)、冷气喷嘴(2)、喷嘴安装座(3)；

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，供水系统包括：高压水源(4)、水流控制阀门(5)、输水管路(12)；

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，供气系统包括：高压冷气源(7)、冷气控制阀门(8)、冷气输气管(13)；

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，水滴雾化喷嘴(1)喷出的雾化水滴直径30～250微米，喷雾流量单喷嘴不小于2g/s。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该装置还包括：水流压力传感器(10)和水流温度传感器(6)；

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，高压水源(4)能够不间断供水达40分钟以上，以保证良好的试验持续性；高压水源(4)的供水温度在一定范围内可调；高压水源(4)内装有内置水泵，能够在一定范围内调节供水压力。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，该装置还包括：冷气压力传感器(11)和冷气温度传感器(9)；

9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，高压冷气源(7)供气温度不高于-30℃。

技术总结
本发明涉及模拟航空发动机压气机叶片冰晶结冰地面模拟试验领域，尤其涉及一种集成式喷雾冷凝冰晶生成装置。装置包括：集成喷嘴系统、供水系统、供气系统；供水系统用于向集成喷嘴系统提供水源，通过输水管路与集成喷嘴系统相连；供气系统用于向集成喷嘴系统提供冷气源，通过冷气输气管与集成喷嘴系统相连；集成喷嘴系统用于喷出供水系统和供气系统提供的水流和冷气流以形成冰晶。

技术研发人员：高扬,田晓平,雷杰,李丽,杨阳,汪涛,吴悠
受保护的技术使用者：中国飞行试验研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17