一种小型翼面电加热除冰系统冰风洞试验装置的制作方法

本发明涉及一种冰风洞试验装置，具体地说，涉及一种用于小型翼面电加热除冰系统冰风洞试验装置。

背景技术：

飞机的电加热除冰系统是将电能转化为热能，利用热能融化冰层，破坏冰层和蒙皮间的粘附力，在气动力帮助下进行除冰的飞机防/除冰系统。随着飞机电力系统的发展，科研人员越来越重视电加热除冰系统在飞机上的应用。

现有公开的技术文献中，国外研究人员对于电加热除冰的研究主要集中于除冰过程中的传热特性、冰层力学特性及冰脊的形成。上世纪七十至九十年代，研究人员对电加热除冰的传热特性进行了一维、二维和三维的建模和计算。Scavuzzo和Denis等人分别于1987年和1996年采用试验的方法对冰层和物体表面的剪切强度进行了测量；1997年Calay等人采用楔形冰脊外形，研究了冰脊对气动特性的影响。国内研究人员在电加热除冰方面的研究起步较晚，2010年肖春华(中国空气动力学研究与发展中心研究生部)发表的论文“飞机电热除冰过程的传热性及其影响研究”中，提出一种研究冰脊形成机理的硬铝板电加热试验装置，该装置由左右两侧支撑板和中间的试验模型组成，试验模型的最上面是铝板，下面是实木板，实木板中间设有安装加热单元的凹槽。试验时，硬铝板与来流方向平行，通过外接电源使加热单元产生热量，从而形成冰脊。该试验装置无法调节试样与来流方向之间的夹角；2011年肖春华等人发表的“飞机电热除冰的研究进展与展望”中，阐述了电加热除冰装置及其工作原理。

在文献“旋转多圆柱测量仪冰风洞试验研究”(《南京航空航天大学》,硕士论文,2008年1月)中，提出了一种旋转多圆柱测量仪冰风洞试验装置，该装置由圆柱组件、电机和支架组成。其中，圆柱组件与电机轴相连，试验过程中通过电机带动圆柱组件旋转，圆柱组件和电机安装于可在空间任意自由度移动的支架上。由于小型翼面电加热除冰试验过程中，需要根据试验具体要求设定确切的小型翼面初始迎风角度，而该旋转多圆柱测量仪冰风洞试验装置无法在试验初确定试样的初始迎风角度，且无法与小型翼面试样相连接，不能用于小型翼面电加热除冰系统冰风洞试验中。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，发明提出一种小型翼面电加热除冰系统冰风洞试验装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括冰风洞侧壁、小型翼试样，其特征在于还包括连杆、摇臂、Z形指针、手柄、空心连杆、转接头、自锁垫片、紧固螺母，连杆和空心连杆分别与小型翼试样连接，小型翼试样位于冰风洞侧壁之间，两冰风洞侧壁上设有同轴圆孔，其中与连杆配合的冰风洞侧壁外壁面上依圆孔周向标有转角刻度，摇臂和Z形指针通过转接头安装在冰风洞侧壁的外侧；

所述连杆为圆柱形，连杆两端部设有螺纹段，连杆一端与转接头螺纹连接，另一端穿过冰风洞侧壁上的圆孔与小型翼试样一端螺纹连接，紧固螺母与自锁垫片位于冰风洞侧壁外侧的连杆上，紧固螺母与自锁垫片配合用于固定小型翼试样的相对位置和迎风角度；

所述空心连杆中心有轴向通孔，空心连杆两端部分别设有螺纹段，空心连杆一端穿过冰风洞侧壁上的圆孔与小型翼试样另一端螺纹连接，空心连杆另一端位于冰风洞侧壁外侧与紧固螺母配合，空心连杆上的紧固螺母与冰风洞侧壁之间设有自锁垫片，空心连杆用于电加热除冰系统的外接导线从冰风洞中引出；

所述转接头为短圆柱形结构，一端面中心有螺孔，转接头侧壁面切削有两个平行的安装平面，两安装平面中心重合，摇臂与Z形指针分别固定在转接头的安装平面上，摇臂、Z形指针的轴线与小型翼试样弦线相平行，Z形指针所指示角度与小型翼试样的迎风角度相同，手柄与摇臂螺纹连接。

所述连杆、空心连杆与小型翼试样和冰风洞侧壁上的圆孔位于同一轴线上。

所述连杆、摇臂、Z形指针和空心连杆采用不锈钢材料加工。

有益效果

本发明提出的一种小型翼面电加热除冰系统冰风洞试验装置，是针对小型翼试样电加热除冰系统冰风洞验证试验的试验装置。在小型翼试样的两端设有与小型翼试样连接的连杆和空心连杆，其中空心连杆用于引出小型翼试样电加热除冰系统外接导线；在连杆上安装的摇臂与Z形指针可根据具体试验要求调节小型翼试样的迎风角度。摇臂、Z形指针及手柄设置于冰风洞侧壁的外部，可根据试验要求在试验初和试验过程中方便的调节小型翼试样的迎风角度。连杆和空心连杆上设有紧固螺母，可通过紧固螺母调节小型翼试样在冰风洞中的相对位置，使小型翼试样处于冰风洞的有效风带当中；紧固螺母与冰风洞侧壁之间设有自锁垫片，紧固螺母拧紧后，能够牢靠的固定小型翼试样，确保试验过程中小型翼试样的相对位置不会发生变化。各零件的连接方式可确保摇臂的轴线、Z形指针与小型翼试样弦线相平行，确保Z形指针所指示角度即小型翼面试样的迎风角度；摇臂和Z形指针位于连杆的两侧，方便读取指示迎风角度；Z形指针与冰风洞侧壁距离较近，可确保角度读数的精确度。

本发明小型翼面电加热除冰系统冰风洞试验装置，主体结构采用不锈钢材料加工，使结构具有足够的强度和刚度，且防腐蚀能力强。试验装置方便与小型翼试样固定连接；通过试验装置精确的调节小型翼试样在冰风洞中的相对位置及迎风角度，确保试验过程中小型翼试样的相对位置不会发生变化。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种小型翼面电加热除冰系统冰风洞试验装置作进一步详细说明。

图1为连杆和空心连杆与小型翼试样连接示意图。

图2为连杆与摇臂、Z形指针连接部位示意图。

图3为空心连杆示意图。

图4为连杆示意图。

图5为本发明小型翼面电加热除冰系统冰风洞试验装置结构示意图。

图中

1.连杆 2.摇臂 3.Z形指针 4.手柄 5.空心连杆 6.转接头 7.自锁垫片8.紧固螺母 9.冰风洞侧壁 10.小型翼试样

具体实施方式

本实施例是一种小型翼面电加热除冰系统冰风洞试验装置。

参阅图1～图5，本实施例小型翼面电加热除冰系统冰风洞试验装置，由冰风洞侧壁9、小型翼试样10和连杆1、摇臂2、Z形指针3、手柄4、空心连杆5、转接头6、自锁垫片7、紧固螺母8组成，连杆1和空心连杆5与小型翼试样10连接，小型翼试样10位于侧冰风洞侧壁之间，两冰风洞侧壁9上加工有同轴圆孔，其中与连杆1配合的冰风洞侧壁外壁面上依圆孔周向标有转角刻度，摇臂2和Z形指针3通过转接头6安装在冰风洞侧壁9的外侧。本实施例中，小型翼试样的弦长为100mm，最大厚度为15.37mm，沿翼展方向长度为200mm，由于试验中只需保留翼面的几何外形，同时考虑安装要求，将小型翼试样加工成铝合金实心试样。以小型翼试样10最大厚度连线与小型翼面弦线的交点为圆心，在小型翼试样10的两端分别加工深度为50mm、直径为10mm的安装螺孔，小型翼试样前部铺设有用于电加热除冰的电加热铜丝，电加热铜丝上连接有导线。冰风洞侧壁上两同轴圆孔的直径为12mm。

本实施例中，连杆1为圆柱形，连杆1两端部设有螺纹段，连杆1一端与转接头6螺纹连接，连杆1另一端穿过冰风洞侧壁9上的圆孔与小型翼试样10一端螺纹连接，连杆1与位于冰风洞侧壁外侧的紧固螺母8配合，紧固螺母8与冰风洞侧壁9之间设有自锁垫片7，紧固螺母8与自锁垫片7配合用于固定小型翼试样10的相对位置和迎风角度。空心连杆5中心有轴向通孔，空心连杆5两端部分别设有螺纹段，空心连杆5一端穿过冰风洞侧壁9上的圆孔与小型翼试样10另一端螺纹连接，空心连杆5另一端位于冰风洞侧壁外侧与紧固螺母8配合，空心连杆5上的紧固螺母与冰风洞侧壁之间设有自锁垫片7，空心连杆5用于电加热除冰系统的外接导线从冰风洞中引出。空心连杆5的外径为10mm、内径为4mm，用以连接电加热铜丝的导线穿过空心连杆5。转接头6为圆柱形结构，一端面中心有螺孔，转接头6侧壁面切削加工有两个平行的安装平面，两安装平面中心重合，摇臂2与Z形指针3分别固定焊接在转接头6的安装平面上；摇臂2、Z形指针3的轴线与小型翼试样10弦线相平行，Z形指针3所指示角度与小型翼试样的迎风角度相同，手柄4与摇臂2连接。连杆1、空心连杆5与小型翼试样和冰风洞侧壁6上的圆孔位于同一轴线上。连杆1、摇臂2、Z形指针3和空心连杆5采用不锈钢材料加工。

试验过程安装步骤:

试验时，在冰风洞两侧壁上开半径相等的同轴通孔，并在连杆1一侧的冰风洞侧壁上标注角度刻度；连杆1和空心连杆5穿过冰风洞两侧壁上的圆孔，通过连杆1和空心连杆5端部的螺纹与小型翼面试样两侧安装孔螺纹的配合，将小型翼面试样固定于连杆1和空心连杆5上，使两连杆的轴线垂直于小型翼面试样的侧面；连杆1和空心连杆5在靠近冰风洞侧壁外侧处设有紧固螺母，通过调节两紧固螺母和自锁垫片使小型翼面试样处于冰风洞两侧壁的中间位置。摇臂2和Z形指针3通过转接头6与连杆1连接，手柄4通过其连接段的螺纹安装在摇臂2的安装孔上，手柄4的轴线与安装孔的轴线相重合。通过手柄4和摇臂2转动小型翼面试样，使Z形指针3的指示角度与试验要求角度相同，从而确保小型翼面试样的迎风角度。各部件经以上方式连接后，可确保摇臂2的轴线、Z形指针3的指示段与小型翼面试样弦线相平行，从而确保Z形指针3所指示角度与小型翼面试样的迎风角度相同；摇臂2和Z形指针3处于连杆1的两侧，方便读取指示角度；Z形指针3的指示段与冰风洞侧壁距离较近，可确保角度读数的精确度。