持续喷雹系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型的目的在于提供一种持续喷雹系统，其能持续地喷射冰雹。其中，喷射加速系统包括喷射通道、去皮装置，去皮装置设置在喷射通道的喷出端且包括在喷射通道径向向内凸出的凸出部；填充系统包括填充通道以及填充在填充通道中的冰雹包，填充通道与喷射通道相交，以便于冰雹包能输送到喷射通道，冰雹包是通过包裹材料将冰雹包装好，一个冰雹包的大小能填充整个喷射通道的横向截面，以防止推动冰雹包的气动力泄漏，所述包裹材料能由所述凸出部刮除；气源系统用于提供气动力至所述喷射通道。
【专利说明】持续喷雹系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种实验设备，尤其涉及喷雹系统。
【背景技术】
[0002]历史上有许多由于涡轮发动机在极端雨或冰雹条件下工作引起的发动机功率损失和不稳定事件、强制着陆以及事故。研宄表明，在一定的飞行速度和发动机功率或推力的工况下，雨和冰雹通过发动机核心，其浓度可能显著增大。在某些情况下，增加吸入的雨和冰雹足以造成发动机工作异常如喘振、功率损失以及发动机熄火。根据适航条款要求，应消除极端雨或冰雹条件下引起的发动机异常。
[0003]现行(1^33部《航空发动机适航规定》(00^-331^2)是2011年3月15日发布的，该版规定等同于…『33部第30修正案的适航要求。在漱历史上，关于发动机吸雨吸雹的条款要求始定于1974年10月31日的？八卜33部第6修正案。该修正案增加了 33.77外物吸入条款，其中包含了关于吸雨吸雹的规定。其原文为在本条第？款第四部分规定的雨、冰和冰雹的条件下，发动机不得出现持续的推力和功率损失或停机。”1988年，航空工业协会細开展了恶劣气候条件下工作的飞机涡轮发动机功率损失和不稳定现象的研宄。而后八I八与欧洲航空工业协会发表了研宄成果，指出在极度雨或冰雹的环境中，安装在飞机上的涡轮发动机运行时存在潜在的飞行安全隐患。1998年4月30日，八发布？八尺33部第19修正案，将33.77中吸雨吸雹的内容独立出来，设立33.78吸雹条款，对吸雨吸雹问题进行了较详细的规定，并补充了附件8合格审定标准大气降雨和冰雹的浓度的规定。2010年4月2日，八发布了政策备忘录《八肥-2007-33.78-1涡轮发动机吸雹试验指导》。在该政策备忘录中？八八特别阐明了所识别的两个关于吸雹符合性的缺陷:1、短时高冰雹水含量；2、吸雹造成的发动机积冰。33.78条款的目的是，确保发动机在降雨和冰雹的自然天气环境下(特别是极端降雨和冰雹条件下)能够正常安全的执行飞行任务，即发动机不会发生熄火、降转、持续或不可恢复的喘振或失速，或持续加速和减速的能力，也不会发生不可接受的机械损坏、不可接受的功率或推力损失、发动机停车或其他不利的发动机异常情况。例如，冰雹直接撞击发动机部件造成的损伤和发动机吸雨吸雹时，机匣温度降低收缩造成与叶尖的碰磨。为符合33.78条仏)(2)的要求，主要通过分析确定雨和冰雹吸入的关键工作点和在选择的关键点进行发动机试验以验证发动机足以经受极端雨和冰雹条件，来完成条款的验证要求。
[0004]目前已有的冰雹发射装置主要用于撞击实验、弹丸发射领域和检测领域。尚未见用于发动机吸雹适航实验用的快速持续冰雹发射装置。已有的模拟冰雹发射机，包括空气压缩机、储压罐、二次定压罐、安装有导向管的冰雹发射室和测速仪，所述气缸活塞通过输气软管与所述电磁阀另一端相连接，气缸活塞上端设有活塞杆，活塞杆另一端与冰雹发射室相连接。利用调压阀和电磁阀控制每次发射冰球的压力和速度。而冰雹撞击试验用控制装置，利用控制器的增压信号和发射信号，经微处理器和光电隔离器分别启动空气增压泵和发射冰雹弹丸，将冰雹弹丸分别经第光电传感器得到中断信号，经微处理器算出冰雹弹丸速度信号，经通讯模块和微处理器发送给120速度显示器。可保证冰雹发射的一致性、数据的准确性。弹丸发射领域的冰雹发射用气体炮系统的结构包括高压气室、快速控制阀、快速上弹机构、发射管、高压气管、进气阀、泄气阀和高压气泵。通过运用气体直接推动冰雹弹丸来降低局部应力集中，保证了冰雹的完整性；利用快速控制阀和快速上弹机构，实现了单次弹丸的快速发射。而对于用于检测领域的冰雹冲击试验机，该试验机使用时，首先利用滑轨组件将冰球喷射装置移动至指定位置，将冰球放入上导向管内，通过阻尼圈防止其下落，然后通过压缩空气装置提供压缩空气，冲击所述冰球下落进入下导向管，进而撞击待检测物，从而完成相关检测。
[0005]现有的冰雹发散装置只能实现单次冰雹的发射，无法实现冰雹的长时间持续发射，故无法应用于发动机持续吸雹实验。而吸雹实验是航空发动机适航要求的重要试验；它涉及气动、结构、试验测试等多个学科，技术难度大；然而，为了表明在关键点工况下发动机吸雹没有熄火、失去加速和减速能力、不可恢复的喘振失速、没有持续的功率或推力损失(^3%)或其他异常情况，进行发动机的吸雹试验是至关重要的，但是，现在还没有一种易操作并且能快速持续喷射冰雹的系统装置。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种持续喷雹系统，其能持续地喷射冰雹。
[0007]为实现所述目的的持续喷雹系统，其特点是，包括
[0008]喷射加速系统，包括喷射通道、去皮装置，去皮装置设置在喷射通道的喷出端且包括在喷射通道径向向内凸出的凸出部；
[0009]填充系统，包括填充通道以及填充在填充通道中的冰雹包，填充通道与喷射通道相交，以便于冰雹包能输送到喷射通道，冰雹包是通过包裹材料将冰雹包装好，一个冰雹包的大小能填充整个喷射通道的横向截面，以防止推动冰雹包的气动力泄漏，所述包裹材料能由所述凸出部刮除；以及
[0010]气源系统，用于提供气动力至所述喷射通道。
[0011]所述的持续喷雹系统，其进一步的特点是，所述填充通道与所述喷射通道的相交角度能使所述冰雹包通过自重滑落到所述喷射通道中。
[0012]所述的持续喷雹系统，其进一步的特点是，所述填充通道与所述喷射通道垂直相交。
[0013]所述的持续喷雹系统，其进一步的特点是，所述气源系统与所述喷射通道之间的通断由第一开关控制，所述填充通道与所述喷射通道之间的通断由第二开关控制。
[0014]所述的持续喷雹系统，其进一步的特点是，所述第一开关和所述第二开关通过控制器关联，关联关系为:所述第二开关打开时所述第一开关打开，所述第二开关在释放一个冰雹包后关闭且所述第一开关在喷射一个冰雹包后关闭。
[0015]所述的持续喷雹系统，其进一步的特点是，所述气源系统包括用于连续提供气源的风机、增压器以及储气罐，风机产生的气体通过管道输送到增压器进行增压，增压后的气体通过管道输入到储气罐，储气罐通过管道和所述填充通道相接。
[0016]所述的持续喷雹系统，其进一步的特点是，所述冰雹包的所述包裹材料为聚苯乙烯泡沫塑料。
[0017]所述的持续喷雹系统，其进一步的特点是，所述第一开关和/或所述第二开关为继电器控制的开关。
[0018]所述的持续喷雹系统，其进一步的特点是，该持续喷雹系统包括多个所述喷射加速系统，其呈阵列分布，以便于多个喷射通道发射冰雹。
[0019]所述的持续喷雹系统，其进一步的特点是，该持续喷雹系统包括多个所述气源系统，多个所述气源系统连接一个稳压气罐。
[0020]本实用新型能针对发动机运行中遇到极雹气象条件下所引起的性能衰退问题，从航空发动机适航规定￠0^-331^2,33.78部)的要求出发，提供一种发动机快速持续喷射冰雹装置，采用喷射的思想可快速持续地喷射冰雹。仅由喷射通道、填充通道以及气源系统构成，本实用新型的快速持续喷雹装置操作简单，实用性强，易实现，适用范围广，所以，快速持续喷雹系统装置研制的意义重大，效果显著。
[0021]本实用新型不限于应用在航空发动机的试验，在其他可以应用冰雹的场合也是可以运用的。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中:
[0023]图1为本实用新型一个实施例中持续喷雹系统的示意图。
[0024]图2为图1中持续喷雹系统的工作流程方框图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本实用新型的保护范围。
[0026]需要注意的是，图1仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。
[0027]如图1所示，持续喷雹系统包括喷射加速系统、填充系统以及气源系统。喷射加速系统包括喷射通道12、去皮装置13，去皮装置13设置在喷射通道12的喷出端且包括在喷射通道12径向向内凸出的凸出部(图1中右端略微向内凸出的那部分)。填充系统包括填充通道10以及填充在填充通道10中的多个冰雹包11，填充通道10与喷射通道12相交，以便于冰雹包11能输送到喷射通道12，冰雹包11是通过包裹材料将冰雹包装好的一个包，一个冰雹包11的大小能填充整个喷射通道12的横向截面，基本上没有间隙，以防止推动冰雹包11的气动力泄漏，包裹材料能由去皮装置13的凸出部刮除。气源系统用于提供气动力至喷射通道12，将输送到其中的冰雹包11发射出去。
[0028]填充通道10和发射通道12相垂直，这样填充通道10中的冰雹包11通过自重落入到喷射通道12中。在本实用新型的其他实施例中，填充通道10不限于要垂直于喷射通道12，略微倾斜也可以是的，或者不同自重输送冰雹包11，通过一个装置来推动冰雹包11进入到喷射通道12也是可以的。
[0029]去皮装置13主要是借助于冰雹包11撞击到凸出部上，由此产生的反向冲击力将冰雹包11上的皮刮除，仅剩下冰雹被发射出。冰雹包11的包裹材料可以是较脆的、容易被刮除的材料，例如是聚苯乙烯泡沫塑料。
[0030]在图中，喷射通道12由多个支撑柱14支撑着，其与填充通道10之间通过一个开关9控制通断，喷射通道12的左端也设置有一个开关8，开关8用于控制气源系统与喷射通道12的通断。另外，在后面还会说明开关8和开关9通过控制器(图中未示出)关联起来。
[0031]继续参照图1，气源系统包括风机1、增压器2以及储气罐3，储气罐3上配置有压力表4、温度计5以及流量计6。
[0032]风机1提供连续气源，增压器2将风机1产生的气体进一步增压，被增压器2增压的气体储存在储气罐3中，通过压力表4、温度计5以及流量计6可以实时监控内部压力、温度和流量值。通过气源系统可以保证高压、稳定的连续气源，使每次喷雹时冰雹初速度和受到的压力一致。
[0033]气源系统和喷射通道12之间的开关8由继电器7控制，继电器7可以实现开关8的快速开断，每喷射一个冰雹包11后，关闭开关8，这样每次推动冰雹包11的气力稳定。
[0034]图中没有示出的控制器将开关8和开关9关联，控制器可以是工业计算机、？IX、或者嵌入式控制系统，二者的关联关系为，开关9打开时开关8打开，开关9在放行一个冰雹包11后关闭，开关8在喷射一个冰雹包11后关闭。
[0035]图2示出了图1所示的实施例的工作流程，实验之前，首先关闭系统的所有开关8、9，根据条款要求确定吸雹试验的雹的数量，往填充通道10中填充足量的冰雹包11，用通过风机1、增压器2在储气罐3中制备足够的高压气体；然后进行喷射冰雹实验:填充通道10和喷射通道12上的开关9、8的动作通过控制器自动控制继电器7来实现。当填充系统上的开关9打开时，冰雹包落入喷射通道12，开关8打开，气流从开关8中流出，推动冰雹包11加速喷出。当冰雹包11加速到喷射通道12的末端时，包裹冰雹的外部材料被去去皮装置13去除，里面的冰雹自动从冰雹包中脱离，喷射向前方的涡扇发动机；最后按照适航取证要求，至少持续喷射30秒后，结束持续喷射冰雹，对实验结果进行分析。通过冰雹填充系统、冰雹喷射加速系统、提供气源的气泵和控制开闭系统的共同作用，实现对冰雹的快速持续喷射作用。
[0036]在一些场合，对喷射冰雹的稳定性要求不高，此时可以省略控制器对开关8、9的控制。
[0037]在本实用新型的其他实施例中，喷射加速系统可以呈阵列式分布，同时多发射管发射冰雹。多个气源系统亦可改为并行布置，并设置一个稳压罐体。
[0038]另外图1中的继电器7也可以用电磁阀或者气动阀来进行替换。
[0039]如果将专利文献⑶2035873471公开的冰雹冲击试验用空气炮作为一个比较例，前述实施例的连续喷雹装置与其不同点在于冰雹冲击试验用的空气炮”发射冰雹采用气流引射的思想，即气源阀门一直打开，投射物在内外压力差作用下被吸入炮管中，然后被加速喷射出去。该做法的不足之处在于:
[0040]1.采用气流引射方式喷射冰雹，该方式对气源要求太高，气流阀门一直处于打开状态，当试验进行一段时间后，气流压力降低，内外压差降低，导致气流引入的冰颗粒速度减小，无法保持连续喷雹过程的气压的一致性和稳定性，无法保证长时间的高压气流。
[0041]2.加入的冰块是单独的颗粒状，运动到炮管中时冰颗粒间存在间隙，会造成漏气效应，导致每个冰块颗粒受到的推力不同，因此离开炮管的初速度不同。无法达到适航实验要求
[0042]3.采用冰颗粒发射还存在容易凝结在炮管内壁上，使炮管堵塞的问题。
[0043]然而，33.78部发动机吸雹适航实验要求冰雹以一致的速度连续投向发动机进气道。上述做法无法保证冰颗粒的运动速度相等和在气流阀门一直打开的情况下提供连续稳定的气流，难以达到适航实验要求。本实用新型采用完全不同的另一种喷射冰雹方式，不采用气流引射方式，而是采用气流弹射冰雹包的思路，即使用时间间隔为毫秒量级的继电器来控制开关的打开和关闭，本实用新型前述实施例做的改进有:
[0044](1)气源由提供连续气源的风机1、控制开闭系统(控制器、开关8、9〉、填充系统和喷射加速系统集成，由风机1产生的气体通过增压器2进行增压，然后流入气罐3，因此保证了高压、稳定的连续气源，以使每次喷雹时冰雹初速度和受到的压力一致；
[0045](2)采用气流喷射的思想，需要弹射冰雹时打开高压气流开关，不需要时关闭开关，使用继电器之类的控制机构进行控制，在开关控制时间上可达毫秒量级，实现冰雹的快速喷射；
[0046](3)采用冰雹包的设计，不但解决了冰颗粒发射存在容易凝结在炮管内壁上，使炮管堵塞的问题，同时解决了气流流经冰雹颗粒漏气的问题；在喷射管道末端设计了去皮装置，可使冰雹包到达喷水管末端时自动去除外包装，保证只有冰雹颗粒投向发动机进气道；
[0047](5)本实用新型的实施例还可以是同时为圆周方向阵列分布多根喷射通道的喷雹装置，此时各管道的喷射冰雹速度要求更高，依据本实用新型的实施例可满足。
[0048]本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。
【权利要求】
1.持续喷雹系统，其特征在于，包括 喷射加速系统，包括喷射通道、去皮装置，去皮装置设置在喷射通道的喷出端且包括在喷射通道径向向内凸出的凸出部； 填充系统，包括填充通道以及填充在填充通道中的冰雹包，填充通道与喷射通道相交，以便于冰雹包能输送到喷射通道，冰雹包是通过包裹材料将冰雹包装好，一个冰雹包的大小能填充整个喷射通道的横向截面，以防止推动冰雹包的气动力泄漏，所述包裹材料能由所述凸出部刮除；以及 气源系统，用于提供气动力至所述喷射通道。
2.如权利要求1所述的持续喷雹系统，其特征在于，所述填充通道与所述喷射通道的相交角度能使所述冰雹包通过自重滑落到所述喷射通道中。
3.如权利要求1或2所述的持续喷雹系统，其特征在于，所述填充通道与所述喷射通道垂直相交。
4.如权利要求1或2所述的持续喷雹系统，其特征在于，所述气源系统与所述喷射通道之间的通断由第一开关控制，所述填充通道与所述喷射通道之间的通断由第二开关控制。
5.如权利要求4所述的持续喷雹系统，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关通过控制器关联，关联关系为:所述第二开关打开时所述第一开关打开，所述第二开关在释放一个冰雹包后关闭且所述第一开关在喷射一个冰雹包后关闭。
6.如权利要求1或2所述的持续喷雹系统，其特征在于，所述气源系统包括用于连续提供气源的风机、增压器以及储气罐，风机产生的气体通过管道输送到增压器进行增压，增压后的气体通过管道输入到储气罐，储气罐通过管道和所述填充通道相接。
7.如权利要求1或2所述的持续喷雹系统，其特征在于，所述冰雹包的所述包裹材料为聚苯乙烯泡沫塑料。
8.如权利要求4所述的持续喷雹系统，其特征在于，所述第一开关和/或所述第二开关为继电器控制的开关。
9.如权利要求1或2所述的持续喷雹系统，其特征在于，该持续喷雹系统包括多个所述喷射加速系统，其呈阵列分布，以便于多个喷射通道发射冰雹。
10.如权利要求6所述的持续喷雹系统，其特征在于，该持续喷雹系统包括多个所述气源系统，多个所述气源系统连接一个稳压气罐。
【文档编号】G01M15/00GK204214650SQ201420735114
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】邱昇, 侯乃先, 徐康, 张翔, 黄天豪 申请人:中航商用航空发动机有限责任公司