冰测试装置的制作方法

本发明涉及冰测试装置。在实施例中，本发明涉及一种冰粘附性测试装置。在其它实施例中，本发明涉及一种冰回流测试装置。

背景技术：

当冰在诸如飞机结构的结构上形成时，其影响可能是有问题的。例如，在飞机结构上形成冰可能改变该结构的空气动力学特性并增加其重量。如果已在结构上生长的冰破裂，这可能对该结构或周围结构造成机械损坏。

因此，希望开发有效的涂层以防止或减少冰在这种结构上的形成。这些涂层被称为“憎冰(ice-phobic)”涂层。它们能够有用地应用于诸如飞机机翼的前缘、发动机叶片、或者直升机的转子叶片或风力涡轮机叶片等的结构。

当开发憎冰涂层时，必须在对其进一步开发或将其应用于结构之前针对“它是否实际上是适当地憎冰的”来评估新涂层。然而，目前对潜在憎冰涂层的有效性进行测试的方法并不令人满意。

必须测试的潜在憎冰涂层的一个特性是冰到涂层的粘附性强度。能够通过测量使冰从涂层分离所需的力来测试冰到涂层的粘附性强度。然而，现有测试技术的结果并不能准确地代表现实世界中形成的冰(特别是大气结冰)的粘附性。

与结构相比，大气冰是由冷却的或过冷的水滴冻结而形成的。所形成的冰也称为“积冰”，因为它由许多水滴形成。

用于测试冰到涂层的粘附性强度的现有技术使用通过常规冻结方法(均匀的明冰)在两个涂覆的基板之间冷却的冻结水块。该冰不代表大气冰，因而，如果其预期应用是在暴露于大气结冰的结构(例如飞机结构)上，则该测试只给出了关于潜在的憎冰涂层的性能的、有限的有用信息。

在不使用风洞的情况下，也没有令人满意的手段来模拟由“回流”形成的冰的影响和行为。这种被称为“回流重结冰”的冰是当表面的一个部分上的现有冰融化并在其它地方重新冻结时形成的冰。例如，当水滴在前缘上冻结并然后被加热系统融化而使得水回流并重新冻结时，回流重结冰可能在飞机机翼或尾翼的被加热的前缘后方形成。在加热的螺旋桨叶片上也可能形成回流重结冰。在两个示例中，都可能发生上文所述的重量增加、空气动力学性能降低和机械损伤的问题。因而，重要的是适当地研究回流重结冰的形成。

至少一些实施例的目的在于解决这些问题中的一个或多个问题。

技术实现要素：

[第一方面]

根据本发明的第一方面，提供了一种冰粘附性测试装置，其包括：冰粘附性测试目标物，该冰粘附性测试目标物为井的形式，在使用时，积冰层被积聚在该井中，其中，冰粘附性测试目标物包括位于该井的底部处的样品板以及围绕该样品板周向地定位并提供该井的侧壁的冰接合元件，并且其中，该样品板能够相对于冰接合元件旋转；扭矩器件，该扭矩器件用于在样品板和冰接合元件之间施加旋转扭矩；以及变送器器件，该变送器器件用于至少在积冰层从样品板分离的时刻测量旋转扭矩和/或冰上的应力。

冰粘附性测试装置在以井(在使用时，积冰层被积聚在该井中)的形式提供冰粘附性测试目标物时允许积冰粘附到待测试的样品。当样品具有潜在的憎冰涂层时，与使用冻结水块的装置所能进行的测量相比，冰粘附性测试装置能够用于提供与大气冰或积冰相关的涂层特性的更精确测量。

用于在样品板和冰接合元件之间施加旋转扭矩的扭矩器件允许将应力施加到冰上，使得：如果涂层是憎冰的，则冰将从样品板或从冰接合元件分离。用于至少在积冰层从样品板分离的时刻测量旋转扭矩和/或冰上的应力的变送器器件允许测量发生这种情况时的扭矩或该冰上的应力，由此指示冰到样品板的粘附性强度。

[样品板]

样品板可布置成使样品固定到该样品板。样品板可以是可旋转的。扭矩器件可布置成将旋转扭矩施加到样品板。冰接合元件可以被固定在适当位置。

当样品板是可旋转的并且冰接合元件被固定在适当位置时，变送器器件能够测量冰从样品板分离时的旋转扭矩、和/或当冰分离时该冰上的应力——当样品板带有待测试的潜在的憎冰涂层时，感兴趣的是该冰上的应力——而不是冰从冰接合元件分离时的旋转扭矩。

样品板的直径可以在40mm和100mm之间。

[样品]

冰粘附性测试装置可包括固定到样品板的样品。该样品可包括复合材料。该样品可包括玻璃。该样品可包括金属。该样品可包括铝或钢。该样品可包括塑料。该样品可包括聚碳酸酯、聚醚醚酮(peek)或丙烯酸树脂。该样品可以由这些材料中的一种或多种形成。该样品可具有这些材料中的一种或多种材料的涂层。

该样品的厚度可以在1mm和15mm之间。

[冰的旋转]

扭矩器件可布置成在使用中尝试使样品板克服积冰层的阻力而相对于冰接合元件旋转。

冰接合元件可成形为防止积冰层相对于冰接合元件旋转。冰接合元件可具有非圆形的内周壁。冰接合元件可具有圆形的内周壁。冰接合元件可以具有内周壁，该内周壁具有用于与积冰层键合的突起，以防止积冰层相对于冰接合元件旋转。冰接合元件可以具有内周壁，该内周壁具有用于与积冰层键合的凹部，以防止积冰层相对于冰接合元件旋转。当内周壁具有突起或凹部时，该内周壁可以是大致圆形的。冰接合元件可以被粗糙化，以防止积冰层相对于冰接合元件旋转。冰接合元件可具有内周壁，该内周壁被粗糙化以防止积冰层相对于冰接合元件旋转。

当冰接合元件被成形为防止积冰层相对于冰接合元件旋转时，能够对积冰到样品的粘附性进行更精确的测量。这是因为冰接合元件的形状确保了冰不会简单地相对于冰接合元件自由旋转。相反，冰通过冰接合元件的形状保持在适当位置，使得样品板的旋转对冰施加应力。然后，变送器器件能够测量冰停止粘附到样品板时的旋转扭矩和/或发生这种情况时的应力。

[可变直径的冰接合元件]

冰接合元件可布置成直径可调的。冰接合元件可具有可调节的内径。冰接合元件可布置成限定样品板的暴露于水滴的区域。所述侧壁可布置成直径可调的。

以这种方式，能够调节暴露于水滴喷雾的面积，以允许不同尺寸的样品板与该装置一起使用。还允许特定尺寸的样品板的不同区域暴露于水滴喷雾，并因而使冰在这些区域上累积。这提供了样品之间的基于它们的明显憎冰性的、与暴露于水滴喷雾的特定区域的进一步区分。例如，“差的”样品即使在相对小的暴露表面区域上也会使冰聚合地而非粘附性地破碎。“好的”样品在较大的暴露表面区域上将具有低的冰粘附性。

[第二方面]

根据本发明的第二方面，提供了一种冰粘附性测试装置，其包括：冰粘附性测试目标物，该冰粘附性测试目标物为井的形式，在使用时，积冰层被积聚在该井中，其中，冰粘附性测试目标物包括位于该井的底部处的样品板以及围绕该样品板的外周定位的环状体；扭矩器件，该扭矩器件用于在样品板和所述环状体之间施加旋转扭矩并增加该旋转扭矩；以及变送器器件，该变送器器件用于至少在积冰层从样品板分离的时刻测量旋转扭矩和/或冰上的应力。

第一方面的可选特征也是该第二方面的可选特征，本领域技术人员在必要时可推断术语的变化以使可选特征有意义。

[第三方面]

根据本发明的第三方面，提供了一种回流重结冰测试装置，其包括：回流重结冰测试目标物，该回流重结冰测试目标物包括具有上表面的平台，该平台由突出的热屏障分隔为第一部分和第二部分；平台倾斜器件，该平台倾斜器件被布置成使所述平台倾斜，使得第二部分在第一部分上方；第一加热器器件，该第一加热器器件用于产生所述平台的第一部分的局部加热，以在使用中、积冰层积聚在所述平台的第二部分上时使所述平台的第一部分保持基本无积冰；第二加热器器件，该第二加热器器件用于产生所述平台的第二部分的局部加热，以在所述平台倾斜时产生所融化的冰从积冰层越过所述屏障并到达所述平台的较低的第一部分上的回流；以及加热器器件控制器，该加热器器件控制器用于独立地接通和断开第一加热器器件和第二加热器器件。

回流重结冰测试装置提供了对回流重结冰的影响和行为的模拟。回流重结冰的形成不同于积冰的形成，其区别在于：如上所述，特定位置上的回流重结冰是由在其它地方融化并在该位置处重新形成的冰形成的。

通过提供用于产生所述平台的第一部分的局部加热的第一加热器器件以在使用中、积冰层积聚在所述平台的第二部分上时使所述平台的第一部分保持基本无积冰，回流重结冰测试装置能够使所述平台的、当所述平台倾斜时较低的部分保持无冰，从而能够研究该较低部分上的回流重结冰的影响和行为。

通过提供用于产生所述平台的第二部分的局部加热的第二加热器器件以产生所融化的冰从积冰层越过所述屏障并到达所述平台的第一部分上的回流，该回流重结冰测试装置能够使积冰融化，以便它行进到所述平台的第一部分上，在该第一部分上，它然后可以重新冻结，从而产生回流重结冰。

用于独立地接通和断开第一加热器器件和第二加热器器件的该加热器器件控制器允许第一加热器器件在第二加热器器件断开的同时接通，由此提供以下模式：其中，第一部分(它在所述平台倾斜时较低)被加热以保持无冰，而第二部分(它在所述平台倾斜时较高)不被加热，从而冰能够积在第二部分上。它还允许第一加热器器件在第二加热器器件接通的同时断开，由此提供以下模式：其中，第二部分被加热以融化积冰，而第一部分不被加热，以允许在第一部分上形成回流重结冰。它还允许第一加热器器件和第二加热器器件接通，由此提供其中第一部分和第二部分都被加热而使所述平台无冰的模式。

[加热器器件控制器]

加热器器件控制器可用于控制第一加热器器件和第二加热器器件被加热到的温度。

这能够允许更高效地使用能量(相对于其中温度不能被控制或温度固定的装置)，因为：如果需要，能够考虑到所述腔室内的温度将第一加热器器件加热到第一部分仍然能够保持无冰的最低温度。与第一加热器器件被加热到更高温度的情况相比，这使用了较少的能量。

用于控制第一加热器器件和第二加热器器件被加热到的温度的该加热器器件控制器还允许模拟比其中温度固定的装置更多种类的回流结冰条件。

[倾斜角度的调节]

平台倾斜器件可布置成调节回流重结冰测试目标物的所述平台的倾斜角度。

当平台倾斜器件被布置成调节回流重结冰测试目标物的所述平台的倾斜角度时，回流重结冰测试装置能够用于模拟在各种不同结构上或以这些结构的不同倾斜角度形成回流重结冰。例如，机翼的被加热部分与机翼的可能在其上发生冰回流的部分之间的角度可以不同于尾翼的被加热部分与尾翼的可能在其上发生冰回流的部分之间的角度。用于调节回流重结冰测试目标物的所述平台的倾斜角度的器件允许同一个回流重结冰测试装置以这些角度中的任一个角度来测试冰回流，由此模拟这些结构中的任一个上的冰回流。

[平台材料]

所述平台可包括复合材料。所述平台可包括玻璃。所述平台可包括金属。所述平台可包括铝或钢。所述平台可包括塑料。所述平台可包括聚碳酸酯、聚醚醚酮(peek)或丙烯酸树脂。所述平台可以由这些材料中的一种或多种形成。所述平台可具有这些材料中的一种或多种材料的涂层。第一部分可包括这些材料中的第一种，并且第二部分可包括这些材料中的第二种。

[平台尺寸]

所述平台可具有在1mm和5mm之间的厚度。所述平台可具有2mm的厚度。所述平台可具有在40mm和70mm之间的宽度。所述平台可具有58mm的宽度。所述平台可具有在40mm和70mm之间的长度。所述平台可具有45mm的长度。

附图说明

下面将仅通过示例并参考附图来描述具体实施例，在附图中：

图1示出了台式结冰装置形式的积冰设备的截面图；

图2示意性地示出了水滴生成系统；

图3a示出了水滴排出装置的透视图；

图3b示出了水滴排出装置的截面图；

图4a示出了积冰设备的管状区段的透视图，该管状区段为具有观察端口的第一壁部分的形式；

图4b示出了具有观察端口的第一壁部分的截面图；

图5a示出了积冰设备的底部单元的透视图，该底部单元为冰粘附性测试装置的形式；

图5b示出了冰粘附性测试装置的截面图；

图6a至6d示出了积冰设备的替代性底部单元的不同透视图，该替代性底部单元为冰回流测试装置的形式；并且

图7示出了被装配到积冰设备的顶部的、替代性水滴排出装置的示意性截面图。

具体实施方式

[概述]

图1示出了台式结冰装置10形式的积冰设备。概括地说，台式结冰装置10(下文称为“结冰装置”)被成形为柱体11。柱体11由侧壁12(下文称为“壁”)限定，在本实施例中，侧壁12是环形形状的。壁12由壁部分形式的三个管状区段形成：第一壁部分17a、第二壁部分17b和第三壁部分17c。第二壁部分17b堆叠在第一壁部分17a的顶部上。第三壁部分17c堆叠在第二壁部分17b的顶部上。在其它实施例中，可以存在更多或更少的管状区段。在本实施例中，每个壁部分17a、17b、17c是大致圆形横截面的。因而，柱体11的壁12形成大致圆形横截面的的管。壁12在其内部限定中心腔室18(下文中称为“腔室”)。因此，该腔室18也是大致圆形横截面的。

在腔室18的顶端处，存在喷嘴装置14形式的水滴排出装置。该喷嘴装置14是水滴排出装置支架13形式的顶部单元的一部分。水滴排出装置支架13用作柱体11的顶部上的盖子，从而封闭腔室18。水滴排出装置支架13以可释放方式装配到第三壁部分17c。喷嘴装置14形成水滴生成系统(图1中未示出)的一部分。

在腔室18的底端处存在目标物。该目标物是底部单元的一部分，在本实施例中，底部单元是冰粘附性测试装置15。在本实施例中，所述目标物因此是冰粘附性测试目标物，它为冰粘附性测试装置15的井16的形式。冰粘附性测试装置15以可释放方式装配到第一壁部分17a。

第一壁部分17a还具有观察端口19。第一壁部分17a中的观察端口19允许观察井16内的样品(未示出)。

[水滴生成系统]

参考图2、3a和3b，现在将更详细地描述喷嘴装置14和其部分地形成的水滴生成系统20。总体而言并且特别参考图2，水滴生成系统20包括在水滴排出装置支架13(在该图中未示出)中的喷嘴装置14、水箱24形式的储水器、以及将喷嘴装置14连接到水箱24的供水管线26。水滴生成系统20还包括水箱24中的水箱加热器23形式的储水器加热器、伴随式加热器(traceheater)27形式的供水管线加热器、以及对水箱加热器23、伴随式加热器27、以及泵21形式的加压器件进行控制的水压和水温控制器22。最后，水滴生成系统20在供水管线26上包括泵21、降压阀28以及闸阀25，该降压阀28连接到排放管线29，该排放管线29还连接到水箱24。

继续参考图2，现在将更详细地描述这些部件的构造。水箱24连接到两条管线：供水管线26和排放管线29。供水管线26的一端连接到水箱24，并且另一端连接到喷嘴装置14。排放管线29的一端连接到水箱24，并且另一端连接到供水管线26。水箱加热器23位于水箱24内，以加热水箱24中的水。

从供水管线26的连接到水箱24的端部开始，现在将描述供水管线26的构造。在水箱24和喷嘴装置14之间，供水管线26连接到泵21。泵21被布置成使得它能够将水从水箱24抽吸到供水管线26中，并因而提高供水管线26中的水压。除了泵21之外(即，在供水管线26上，在泵21的相对于水箱24而言的另一侧上)，供水管线26连接到伴随式加热器27。伴随式加热器27被布置成进一步加热供水管线26内的水。在泵21和喷嘴装置14之间，供水管线26还连接到降压阀28。降压阀28是三通阀，其被构造成允许水从水箱24通过供水管线26朝着喷嘴装置14流动以及从供水管线26(从降压阀28的水箱24侧或从降压阀28的喷嘴装置14侧)进入排放管线29中。这用于根据需要来降低供水管线26中的水压。排放管线29连接到水箱24，使得它能够将从供水管线26排出的水返回到水箱24中。在降压阀28和喷嘴装置14之间，供水管线26仍连接到伴随式加热器27。供水管线26也连接到闸阀25。闸阀25被布置成阻止或允许水从水箱24通过供水管线26流到喷嘴装置14。

如上所述，水滴生成系统20还包括水温和水压控制器22。水温和水压控制器22被布置成控制水箱加热器23、伴随式加热器27、泵21和降压阀28，以控制水箱24中和供水管线26中的水的温度和压力。

现在参考图3a和3b，现在将更详细地描述喷嘴装置14。图3a示出了喷嘴装置14的透视图。本实施例的喷嘴装置14包括第一喷嘴31a、第二喷嘴31b和第三喷嘴31c。喷嘴31a、31b、31c连接到喷嘴装置本体32。

如以截面图示出喷嘴装置14的图3b中可见，喷嘴装置本体32在其内部限定了喷嘴装置储水器34。喷嘴装置储水器34是喷嘴装置本体32内的空间，其能够从供水管线26接收水。因此，喷嘴装置储水器34可以接收该水，它经由喷嘴装置14的供水管线连接器33流体连接到供水管线26。因而，水能够从供水管线26进入供水管线连接器33，流入喷嘴装置储水器34中，并经由喷嘴31a、31b、31c从喷嘴装置14喷出。

对于喷嘴31a、31b、31c，每个喷嘴31a、31b、31c彼此基本相同，因此这里将仅详细描述第一喷嘴31a(下文中称为“喷嘴”)。喷嘴31a被成形为空心锥体。如上所述，喷嘴31a的一端与喷嘴装置储水器34流体连接。在另一端处，喷嘴31a限定有喷嘴出口35a。因而，水能够从喷嘴装置储水器34通过喷嘴31a逸出到喷嘴出口35a之外。

[区段]

现在参考图4a和4b，现在将更详细地描述第一壁部分17a。如作为第一壁部分17a的透视图的图4a中可见，第一壁部分17a具有本体41，该本体41是大致圆柱形的并且在其内部限定第一壁部分腔室部47。该本体41由壁12、内壁42以及第一凸缘44a和第二凸缘44b组成。这能够在以截面图示出第一壁部分的图4b中更容易地看出。壁12的为圆柱形形状的。也就是说，壁12是圆形环横截面的。内壁42也是圆柱形形状的。内壁42的直径小于壁12。内壁42位于壁12内。内壁42和壁12间隔开，以便在它们之间限定腔43。内壁42和外壁12在其端部处通过第一凸缘44a和第二凸缘44b连接。在图4a中能够最好地看到第一凸缘44a和第二凸缘44b，尽管在该图中只能看到第二凸缘44b的一部分。第一凸缘44a和第二凸缘44b均为环形形状的。它们各自足够宽以跨越壁12和内壁42之间的间隙。第一凸缘44a和第二凸缘44b被布置成密封该间隙。以这种方式，如刚刚提到的，内壁42和外壁12在它们之间限定了一个腔，该腔由第一凸缘44a和第二凸缘44b密封。第一凸缘44a位于壁12和内壁42的一端处，并且第二凸缘44b位于壁12和内壁42的如下端部处：该端部远离与第一凸缘44a固定的端部。

壁12具有第一阀49形式的入口和第二阀48形式的出口。第一阀49被布置成连接到冷却流体供应源(未示出)。在本实施例中，冷却流体是液氮，并且液氮由第一液氮传输管线供应，该第一液氮传输管线能够经由第一传输管连接到第一阀49。第二阀48被布置成经由第二传输管连接到第二液氮传输管线。在其它实施例中，设想该入口和出口可以位于除了图中所示的位置之外的其它位置。在一个这样的其它实施例中，入口位于本实施例的第一阀49的位置处，而出口位于第二阀48的位置处。

第一凸缘44a和第二凸缘44b包括连接器，通过所述连接器，第一凸缘44a和第二凸缘44b能够连接到结冰装置10的其它部分上的相应凸缘。第一凸缘44a包括四个公固定件45a、45b、45c、45d。这些能够在图4a中最容易地看到。它们围绕第一凸缘44a的外部彼此等距间隔开。四个公固定件45a、45b、45c、45d彼此基本相同，因此这里将仅详细描述公固定件45a、45b、45c、45d中的一个公固定件45a。公固定件45a由螺母和螺栓组成。螺栓被枢转地附接到第一凸缘44a。螺母位于该螺栓上。该螺栓带有螺纹，以便螺母能够拧紧在螺栓上。

第二凸缘44b包括四个母固定件46a、46b(在图中仅能看到其中的两个)。四个母固定件46a、46b围绕第二凸缘44b的外部彼此等距间隔开。四个母固定件46a、46b彼此基本相同，因此这里将仅详细描述母固定件46a、46b中的一个母固定件46a。母固定件46a被布置成接收公固定件(例如上述的公固定件45)的螺栓。母固定件46a被成形为两个插脚(prongs)，公固定件45a的螺栓能够在这两个插脚之间枢转。

第二壁部分17b和第三壁部分17c基本与第一壁部分17a相同，只是它们不包括观察端口19。第二壁部分17b的母固定件被布置成连接到第一壁部分17a的公固定件45a、45b、45c、45d。第三壁部分17c的母固定件被布置成连接到第二壁部分17b的公固定件。

在其它实施例中，管状区段(壁部分17)可以使用连接系统以可释放方式连接到相邻部件，该连接系统不同于上文所述的公固定件和母固定件的系统。例如，该连接系统可包括：可移除的夹具，用于将相邻部件的相邻凸缘夹紧在一起；可移除的圆周带，用于将相邻部件的相邻凸缘夹在一起；或者，一个部件可直接旋拧到相邻部件，例如，一个管状区段的底端可直接旋拧到另一个管状部件的顶端中。

如上所述，第一壁部分17a包括连接到本体41的观察端口19。在本实施例中，观察端口19采用单壁管的形式。观察端口19的管的一端连接到第一壁部分17a的内壁42和壁12。观察端口19的管的另一端被观察窗口40封闭，在本实施例中，观察窗口40由耐低温的透明玻璃制成，例如硼硅酸盐玻璃。第一壁部分17a的内壁42和壁12限定了孔，观察端口19通过该孔连接到这些壁，从而能够通过观察窗口40观察第一壁部分腔室部47。

观察端口19还包括能够将压力计(未示出)与其连接以计量腔室18内的压力的过压保护器81、能够将真空泵(未示出)与其连接以降低腔室18内的压力的蝶阀82、以及能够将干燥氮气供应装置(未示出)与其连接以吹扫腔室18并由此减少所述腔室内的水分的干燥氮气连接阀83。

第一壁部分17a、第二壁部分17b和第三壁部分17c中的每一个都具有腔室加热器件，该腔室加热器件为围绕壁部分17a、17b、17c周向地布置的电加热器套的形式。这些电加热器套在图中未示出。在另一实施例中，除了电加热器套之外，该结冰装置还具有围绕每个壁部分的绝缘套。这有助于减少所述腔室与环境之间的热传递，因此与不存在绝缘套的实施例中相比，提供了更高效节能和更快速的加热和冷却。

[顶部单元]

再次参考图1，现在将更详细地描述结冰装置10的顶部单元——水滴排出装置支架13——的构造。水滴排出装置支架13被成形为圆形板。其外径与第三壁部分17c的顶部凸缘的外径相同。水滴排出装置支架13位于第三壁部分17c的顶部上，以用作由第一壁部分17a、第二壁部分17b和第三壁部分17c限定的腔室18的盖子。该水滴排出装置支架具有围绕其圆周的四个均匀间隔开的母固定件。这些母固定件与形成第一壁部分的一部分的四个母固定件46a、46b基本相同。它们被布置成与第三壁部分17c上的对应的公固定件配合。

在本实施例中，水滴排出装置支架13还包括喷嘴装置14。喷嘴装置14被布置成使得：当水滴排出装置支架13在第三壁部分17c上就位时，喷嘴装置14的喷嘴31a、31b、31c位于腔室18内。喷嘴装置14的供水管线连接器33延伸穿过水滴排出装置支架13，使得它能够连接到腔室18外部的供水管线26。

最后，水滴排出装置支架13还包括压力传感器和温度传感器，在本实施例中，该压力传感器和温度传感器被组合在单个传感器装置101中。传感器装置101延伸穿过水滴排出装置支架13，使得它能够感测腔室18内的压力和温度。

[冰粘附性测试装置]

图5a和5b分别示出了冰粘附性测试装置15的透视图和截面图。现在将参考这些图描述冰粘附性测试装置15。如上所述，冰粘附性测试装置15形成结冰装置10的底部单元。它被布置成通过公固定件55a、55b、55c、55d以可释放方式紧固到第一壁部分17a，这些公固定件55a、55b、55c、55d在与第一壁部分17a的第二凸缘44b上的母固定件46a、46b对应的位置上围绕冰粘附性测试装置15的本体59的顶部均匀地间隔开。冰粘附性测试装置15的公固定件55a、55b、55c、55d与第一壁部分17a的第一凸缘44a的公固定件45a、45b、45c、45d基本相同，因此这里将不再更详细地描述。

如上文关于图1提到的，冰粘附性测试装置15包括井16形式的目标物。井16由样品板52、以及井侧壁53形式的冰接合元件构成。样品板52是大致圆形的。它包括用于接收螺钉的螺钉孔，以使样品(未示出)能够固定到其上。井侧壁53由围绕样品板52周向地定位的环状体限定。井侧壁53也是大致圆形的。它围绕样品板52的圆周包围样品板52。井侧壁53具有两个部分：内侧部分56和外侧部分57。内侧部分56位于外侧部分57的径向内侧。内侧部分56也从外侧部分57轴向偏移，使得当冰粘附性测试装置15被组装时，内侧部分56轴向(以及径向地)比外侧部分57更靠近样品板52。井侧壁53的内侧部分56在离开样品板52的方向上径向向外倾斜。

井侧壁53的内侧部分56在井侧壁53的最靠近样品板52的一侧上具有数个凹部54。凹部54被设置成用于与井16中形成的冰键合，以便使冰相对于井侧壁53保持基本固定。在本实施例中，它具有十六个凹部54。在其它实施例中，可以存在其它数量的凹部。可以想到任何数量的凹部，只要凹部的数量足以与井16中形成的冰键合并因而使冰相对于井侧壁53保持固定即可。在本实施例中，每个凹部54是基本彼此相同的。在本实施例中，凹部54绕井侧壁53的内侧部分56彼此等距间隔开。

井侧壁53的外侧部分57是阶梯状的。外侧部分57的径向最内侧部分相对于内侧部分56以大于90°的角度与内侧部分56相交。它位于与样品板52平行的平面内。外侧部分57的径向最外侧部分相对于径向最内侧部分呈阶梯状，使得它在轴向上位于径向最内侧部分上方。这使得外侧部分57的径向最外侧部分能够与冰粘附性测试装置15的本体59的顶部齐平。外侧部分57的径向最外侧部分包括孔58a、58b、58c、58d，用于接收螺钉以将井侧壁53连接到冰粘附性测试装置15的本体59。

在本实施例中，井侧壁53的内侧部分56的内径是固定的。在本实施例中，该内径约为40mm。在替代实施例中，井侧壁53的内侧部分56的内径能够变化，以适应不同的样品尺寸或暴露被固定到样品板52的样品的不同表面积。在一个这样的替代实施例中，井侧壁53的内侧部分56的内径可在约40mm至约100mm之间调节。

侧壁53连接到冰粘附性测试装置15的本体59的顶部，使得当冰粘附性测试装置15连接到结冰装置10的第一壁部分17a时，由样品板52和侧壁53形成的井16处于结冰装置10的腔室18的底部处。马达102形式的扭矩器件在轴向上位于样品板52下方，并且在冰粘附性测试装置15的本体59内。马达102是本领域技术人员能够容易地实现的类型的，无需进一步说明，因而在图5b中用交叉影线表示。样品板52由轴103经由传动装置105(它也是本领域技术人员能够容易地实现的类型的，因此仅用交叉影线表示)连接到马达102。马达102被布置成使得它能够使样品板52相对于侧壁53旋转。

冰粘附性测试装置15还包括在图5a中部分可见的扭矩环104形式的变送器器件。扭矩环104被布置成测量轴103上的扭矩，并测量该轴上的横向应力和轴向应力。

[组装]

再次参考图1，现在将描述结冰装置10的组装。

首先，将待测试的样品——在本实施例中，是涂覆有潜在憎冰材料的铝ns4盘——固定到样品板52。在其它实施例中，该样品能够由不同于铝ns4的基板和/或不同的潜在憎冰材料制成。例如，基板可以是复合材料、玻璃、钢或塑料，例如聚碳酸酯、聚醚醚酮(peek)或丙烯酸树脂。

为了组装结冰装置10的其余部分，将冰粘附性测试装置15固定到实验室工作台(未示出)，例如通过将冰粘附性测试装置15的本体59装配到该实验室工作台的孔中。然后，通过将冰粘附性测试装置15的公固定件55a、55b、55c、55d附接到第一壁部分17a的第二凸缘44b上的母固定件46a、46b而将第一壁部分17a装配在冰粘附性测试装置15的顶部上。接下来，将第二壁部分17b装配在第一壁部分17a的顶部上，并将第一壁部分17a的公固定件45a、45b、45c、45d固定到第二壁部分17b的母固定件。然后，将第三壁部分17c装配在第二壁部分17b的顶部上，并将第二壁部分的公固定件固定到第三壁部分17c的母固定件。此后，将喷嘴装置支架13装配在第三壁部分17c的顶部上并以类似的方式固定。这在所述柱体内提供了密封腔室18。

每个壁部分的第一(入口)阀(图1中未示出)分别连接到传输管(未示出)，并通过该传输管连接到液氮传输管线(未示出)。第二(出口)阀(也未示出)也分别连接到液氮传输管线(也未示出)。水箱24(如图2所示)充满蒸馏水。喷嘴装置14的供水管线连接器33(如图3a和3b所示)连接到供水管线26(如图2所示)。

[操作]

继续参考图1并且也参考图4a，现在将描述台式冰测试装置10的操作。

通过干燥氮气连接阀83供应干燥氮气来清除腔室18的水分。通过连接到蝶阀82的真空泵降低所述腔室内的压力。能够从连接到过压保护器81的压力计读取所述腔室内的压力。

液氮经由第一阀49进入第一壁部分17a的腔43，冷却第一壁部分腔室部47，并经由第二阀48离开腔43。由第二壁部分17b和第三壁部分17c限定的腔室部分通过涉及这些壁部分17b、17c的相应阀和腔的相应操作来冷却。以这种方式，冷却柱体11内的整个腔室18。在本实施例中，选择液氮到第一壁部分17a的所述腔的流速，使得腔室18的由第一壁部分17a限定的部分被冷却到约-17.5℃。以这种方式，腔室18的由最靠近样品板52的第一壁部分17a限定的部分足够冷，使得水滴将冻结在样品板52的表面上。选择液氮到第二壁部分17b的所述腔的流速，使得腔室18的由第二壁部分17b限定的部分被冷却到约0℃。选择液氮到第三壁部分17c的所述腔的流速，使得腔室18的由第三壁部分17c限定的部分被冷却到约10℃，从而喷嘴装置储水器34和喷嘴31a、31b、31c中的水将不会冻结。

在其它实施例中，选择液氮到第一壁部分17a的所述腔的流速，使得腔室18的由第一壁部分17a限定的部分被冷却至最低达-40℃，这被认为是过冷的液态水滴在大气中可能出现的最低温度。这确保了由喷嘴装置14形成的水滴在与样品板52接触时冻结。例如，在希望在样品板52上产生明冰的实施例中，腔室18的由第一壁部分17a限定的部分被冷却到0℃和-5℃之间。在希望在样品板52上产生明冰或混合冰的实施例中，腔室18的由第一壁部分17a限定的部分被冷却到-5℃和-10℃之间。在希望在样品板52上产生混合冰或霜冰的实施例中，腔室18的由第一壁部分17a限定的部分被冷却到-10℃和-15℃之间。在希望在样品板52上产生霜冰的实施例中，腔室18的由第一壁部分17a限定的部分被冷却到-15℃和-40℃之间。在这些其它实施例中，选择液氮到第三壁部分17c的所述腔的流速，使得腔室18的由第三壁部分17c限定的部分被冷却到喷嘴装置储水器34和喷嘴31a、31b、31c中的水将不会冻结的、任何可想到的温度，只要该温度未高到使得由喷嘴装置14形成的水滴在与样品板52接触时不冻结即可。例如，在一个这样的其它实施例中，选择液氮到第三壁部分17c的所述腔的流速，使得腔室18的由第三壁部分17c限定的部分被冷却到15℃。

在又一些其它实施例中，采用其它技术在腔室18内产生温度梯度(例如上述温度梯度之一)。

在一个这样的其它实施例中，使用了两种或更多种不同的冷却流体。特别地，具有一种沸点的冷却流体穿过第一壁部分17a的腔43(经由第一阀49进入并经由第二阀48离开)，并且具有更高沸点的不同的冷却流体穿过第二壁部分17b和第三壁部分17c的所述腔。替代地，具有一种沸点的冷却流体穿第一壁部分17a的腔43并穿过第二壁部分17b的所述腔，并且，具有更高沸点的不同的冷却流体穿过第三壁部分17c的所述腔。

穿过第一壁部分17a的腔43的流体例如可以是液氮，而穿过第三壁部分17c的所述腔的流体例如为液氩(并且二者中的任一种流体都可用于第二壁部分17b)。在另一示例中，穿过第一壁部分17a的腔43的流体例如可以是氦-4，而穿过第三壁部分17c的所述腔的流体例如是液氮(并且二者中的任一种流体都可用于第二壁部分)。

在另一个这样的其它实施例中，冷却流体(例如液氮)首先穿过第一壁部分17a的腔43以冷却腔室18的一部分，然后被再循环通过第二壁部分17b的所述腔，然后穿过第三壁部分17c。以这种方式，该冷却流体在其穿过每个腔时被加热。因而，它通过该冷却流体所穿过的腔对由连续的壁部分限定的腔室18的每一部分提供减少的冷却。

在又一个这样的其它实施例中，操作所述加热器套中的一个或多个，以加热所述腔室的一部分。例如，能够操作围绕第三壁部分17c的加热器套，以相对于腔室18的由第一壁部分17a和第二壁部分17b限定的部分的温度升高腔室18的由该壁部分17c限定的部分的温度。在另一示例中，围绕第三壁部分17c的加热器套和围绕第二壁部分17b的加热器套都被操作，但处于不同的温度下。具体地，围绕第三壁部分17c的加热器套在比围绕第二壁部分17b的加热器套更高的温度下操作，以便相对于腔室18的由第二壁部分17b限定的部分的温度升高腔室18的由第三壁部分17c限定的部分的温度，腔室18的由第二壁部分17b限定的部分的温度又相对于腔室18的由第一壁部分17a限定的部分的温度被升高。

现在回到对台式冰测试装置10的首先描述的实施例的操作的说明，水箱24中的水被水箱加热器23加热。水由泵21从水箱24泵送到供水管线26中。该水由伴随式加热器27在供水管线26中进一步加热。在本实施例中，该水被加热至约40℃的温度。在其它实施例中，该水能够被加热到其它温度。设想将该水加热到足够高的温度，使得该水在与喷嘴31a、31b、31c接触时不会冻结。否则，由于喷嘴31a、31b、31c处于被冷却的腔室18内，喷嘴31a、31b、31c将足够冷而冻结至少一些水。特别是，设想将水加热到约20℃至95℃之间的温度。

水进入喷嘴装置储水器34和每个喷嘴31a、31b、31c。由泵21施加到该水的压力使其离开喷嘴出口35a、35b、35c，从而以喷雾产生水滴。

以这种方式，特定尺寸的水滴——在本实施例中，水滴具有约10至50微米(10×10^-6m至50×10^-6m)的直径，其平均直径为约35微米(35×10^-6m)——被从喷嘴装置14喷出。通过泵21产生的喷嘴装置储水器34中的更高压力提高了水滴的速度。喷嘴装置储水器34中的更高压力也影响所生成的水滴的尺寸。特别地，通过提高喷嘴装置储水器34中的压力，水滴尺寸减小。在其它实施例中，可能期望其它水滴直径。这些能够通过使用泵21提高或降低喷嘴装置储水器中的压力来实现。替代地或另外，能够使用替代性的喷嘴装置，其喷嘴出口具有与本实施例的喷嘴出口不同的直径。

水滴竖直地向下穿过腔室18朝向冰粘附性测试装置15的井16以及该井16内的样品行进。随着水滴穿过腔室18行进，它们被过冷却。当它们撞击样品板52时，它们冻结。在本实施例中，由于对水滴尺寸和腔室18温度的特定选择，所以在样品上形成霜冰。能够通过观察端口19观察在样品板52上形成的冰，以确定何时已经累积了足够多的冰以停止喷嘴装置14的操作。喷嘴装置14继续如上所述地操作，直到在样品上以及在井16的侧壁53上形成霜冰层为止。霜冰也进入井16的侧壁53中的凹部54。然后，关闭供应管线26(图2所示)中的闸阀25，并且关闭泵21。因而，停止形成水滴。

在其它实施例中，腔室18内的水滴直径和温度梯度是不同的，以便在井16中形成其它类型的冰。例如，当冷却的水滴撞击样品板52和侧壁53的表面并且在冻结之前湿润该表面时，形成明冰。

在又一些其它实施例中，为了模拟其中发生降雨并随后被冻结的结冰条件，在冷却所述腔室之前形成水滴(基本以上述方式)。因而，水滴在不冻结的情况下撞击样品板52，并且随后仅通过以上述方式冷却腔室18而被冻结。

在又一些其它实施例中，不是生成基本连续的水滴喷雾(如上所述)，而是通过关闭闸阀25来周期性地中断到喷嘴装置储水器34和每个喷嘴31a、31b、31c的水流。例如，在这些实施例之一中，如上所述，水被水泵21泵送到喷嘴31a、31b、31c(并被加热)。闸阀25打开5秒，然后关闭10秒。重复闸阀25的这种打开和关闭。因而，水滴喷雾以10秒的间隔落在样品板52上5秒。该方法能够用于在样品板52上产生多个冰层，因为已落在样品板52上的水滴在水滴喷雾重新开始之前有时间冻结(同时闸阀25被关闭)。

回到对首先描述的实施例的说明，接下来，使用冰粘附性测试装置15测量冰粘附到样品上的剪切强度。现在参考图5a和5b，现在将解释冰粘附性测量装置15的操作。向马达102供应电力，使得它施加扭矩以尝试转动轴103并因而转动样品板52。井16的侧壁53中的凹部54防止雾冰层相对于侧壁53旋转。因而，马达102抵抗粘附到样品上的冰。通过扭矩环104测量冰从样品板52分离时的扭矩。根据所测量到的冰从样品板52分离时的扭矩，能够计算冰粘附到样品板52上的剪切强度以及冰从样品板52分离时该冰上的应力。

因而，上述实施例提供了一种台式结冰装置10，其在特定温度下产生特定尺寸的水滴。冰粘附性测试装置15能够与台式结冰装置10结合使用，以确定冰粘附到样品上的剪切强度。

在本实施例中，一旦已进行完测试，就切断液氮到传输管线中的流动。因而，停止向每个壁部分内的所述腔供应液氮，且不再冷却腔室18。接下来，将冰粘附性测试装置15从第一壁部分17a移除。然后，接通围绕每个壁部分的电加热器套。以这种方式，腔18被加热。这使得腔18能够在进行下一次测试之前变干。在其它实施例中，取决于测试期间所述腔18内的期望温度，能够在测试之前或测试期间切断液氮到传输管线中的流动。

[回流重结冰测试装置]

可以设想，其它底部单元能够与上述结冰装置10一起使用。在第二实施例中，该积冰设备的底部单元为回流重结冰测试装置的形式。本实施例的积冰设备是上述结冰装置10的形式，但回流重结冰测试装置被连接到冰粘附性测试装置的本体59。

本实施例中的回流重结冰测试装置由回流重结冰测试配件60以及与冰粘附性测试装置15中使用的相同的马达102和传动装置105组成。在其它实施例中，能够为该回流重结冰测试装置使用专用的马达和传动装置。如下面将更详细描述的，回流重结冰测试配件60连接到马达102(这在图中未示出)。

图6a至6d示出了回流重结冰测试配件60的不同透视图。现在将参考这些图描述回流重结冰测试配件60。回流重结冰测试配件60包括平台61形式的回流重结冰测试目标物。能够在图6d中最清楚地看到平台61。在本实施例中，平台61是矩形的。平台61具有上表面62。平台61被分成两部分：第一部分63和第二部分64。第一部分63和第二部分64都是矩形的。第一部分63和第二部分64具有相同的宽度和深度。在本实施例中，第一部分63比第二部分64长。因此，第一部分63具有比第二部分63更大的表面积。

在本实施例中，平台61具有约2mm的厚度、约58mm的宽度和约45mm的长度。在其它实施例中，平台61可具有不同的尺寸，只要它们不太大以至于平台61无法装配在腔室18内即可。

平台61的第一部分63和第二部分64被布置在热绝缘部件65上。在本实施例中，热绝缘部件65由聚四氟乙烯(ptfe)制成，但在其它实施例中，能够使用具有良好热绝缘性能的其它材料。热绝缘部件65具有被成形为矩形的基部66，其面积足以容纳平台61的第一部分63和第二部分64。热绝缘部件65还具有突起66。突起66在平台61的第一部分63和第二部分64之间提供突出的热屏障。突起66从基部66的一个长边延伸到相对的边。换句话说，突起66横跨平台61的宽度延伸。该突起具有基本平坦的侧面，平台61的第一部分63和第二部分64抵靠该侧面。突起66的高度略大于平台61的第一部分63和第二部分64的高度，使得突起66突出到该平台的上表面62上方。

平台61的第一部分63和第二部分64在其内部具有加热器元件(未示出)。所述加热器元件是可独立控制的电加热器。它们被布置成加热平台61的上表面。所述加热器元件均连接到加热器元件控制器(也未示出)形式的加热器器件控制器。该加热器元件控制器被布置成将所述加热器元件彼此独立地接通和断开。在本实施例中，该加热器元件控制器另外被布置成控制每个加热器元件被加热到的温度。

其顶部上安装有平台61的热绝缘部件65又安装到枢转板68。枢转板68被枢转地安装到平台倾斜器件，在本实施例中，该平台倾斜器件由马达102、传动装置105和联轴器69(在图6a至6d中未示出马达102和传动装置105)组成。联轴器69将枢转板68经由传动装置105连接到马达102。联轴器69和传动装置105被布置成使得马达102的转动使枢转板68倾斜，以便该平台的第二部分64在该平台的第一部分63上方。联轴器69被布置成在马达102停止转动时将枢转板68保持在倾斜位置。

[组装]

与冰回流测试装置一起使用的台式结冰装置基本按上文关于与冰粘附性测试装置15一起使用的结冰装置10所述地组装，不同之处在于该冰回流测试装置在组装期间代替了冰粘附性测试装置15。

[操作]

参考图1和6，现在将描述本第二实施例的台式冰测试装置的操作。首先，将平台61定位。使马达102转动。马达102的这种转动使联轴器69枢转该枢转板68，使得平台61的第二部分64在平台61的第一部分63上方。在本实施例中，枢转板68枢转到50°的角度，但在其它实施例中，枢转板68能够枢转到其它角度，从而以这些其它角度测试回流重结冰。当枢转板68已经枢转到期望的角度时，马达102停止。

接下来，使用液氮基本如上所述地冷却腔室18。接通平台61的第一部分63的加热器元件。在该特定实施例中，第一部分63被加热到约30℃的温度。在其它实施例中，第一部分63能够被加热到其它温度。可以设想，第一部分63被加热到代表将与潜在的憎冰涂层一起使用的电热冰保护系统的温度。

然后，基本如上文关于第一实施例所述地产生过冷的或冷却的水滴；即，通过从喷嘴装置14喷射水滴。

水滴沉积在平台61上。由于平台61的第二部分64未被加热，所以水滴在第二部分64上形成霜冰。在其它实施例中，如上所述，在第二部分64上形成明冰、或者明冰和霜冰的混合物。由于平台61的第一部分63被加热，所以在第一部分63上不形成冰。突起66防止在第二部分64上形成的冰延伸到平台61的第一部分63上。突起66用作第一部分63和第二部分64之间的热屏障。

与第一实施例中一样，能够通过观察端口19观察冰的累积。当确定已经在平台61的第二部分64上沉积了足够的冰时，停止喷嘴装置14的操作(如上文关于第一实施例所述的)。因而，不再有水滴落在平台61上。

将平台61的第一部分63的加热器元件关闭。在本实施例中，允许第一部分63被冷却至约-15℃的温度。在其它实施例中，能够选择其它温度，这取决于操作者希望该测试所近似达到的大气条件。例如，在其它实施例中，能够允许第一部分63被冷却到比本实施例中更高的温度：在0℃和-15℃之间。接通平台61的第二部分64的加热器元件。在第二部分64上形成的冰开始融化。来自融化的冰的水向下流动，越过突起66并到达平台61的第一部分63上。该水在平台61的第一部分63上冻结，从而形成回流重结冰。

在其它实施例中，能够选择枢转板68的其它角度以及第一部分63和第二部分64被加热和冷却到的其它温度，并且能够允许不同厚度的冰积聚在第二部分64上。以这种方式，能够在许多不同的条件下研究回流重结冰的形成和行为。

一旦已进行完该测试，就切断液氮到传输管线的流动。因而，停止向每个壁部分内的所述腔供应液氮，并且不再冷却腔室18。与第一实施例中一样，接通围绕每个壁部分的电加热器套，使得在进行下一次测试之前，腔18被加热并变干。然后将该冰回流测试装置从本体59移除。在其它实施例中，取决于测试期间所述腔18内的期望温度，能够在测试之前或测试期间切断液氮到传输管线中的流动。

[其它实施例]

可以设想，在其它实施例中，该积冰设备可以包括附加部件，或者其部件中的一些可以被替代性部件替换。

例如，在一个这样的替代实施例中，仍然是台式结冰设备形式的积冰测试装置另外具有围绕所述柱体的每个部分的绝缘套。

在另一替代实施例中，该设备包括阀器件，该阀器件用于将一定体积的气体引入到所述腔室中并将该一定体积的气体密封在所述腔室中。该阀器件为双向阀的形式，其延伸穿过所述腔室的壁，例如穿过该设备的观察端口，使得当打开时，它能够将台式结冰装置内的所述腔室与外部气体供应源连接并允许气体进入所述腔室中。当关闭时，该双向阀密封所述腔室。

在又一替代实施例中，该设备包括用于在所述腔室中产生降低的压力的泵送器件。在本实施例中，该设备具有双向阀，该双向阀延伸穿过所述腔室的壁，例如穿过该设备的观察端口。该泵送器件为真空泵的形式。该真空泵经由管连接到双向阀。当打开时，并且当泵接通时，该阀允许来自所述腔室内的气体穿过。泵通过该阀抽吸气体并将其排出。以这种方式，能够降低所述腔室内的压力。在本实施例中，所述柱体被构造成耐受最低为至少14.1kpa的压力。

在进一步的替代实施例中，该设备包括主控制器。在本实施例中，主控制器为微控制器的形式。该微控制器连接到关于第一实施例所述类型的传感器装置，使得它能够从该传感器装置接收压力信号和温度信号。如关于刚刚描述的两个替代实施例所述的，该微控制器还连接到阀器件和泵送器件，使得它能够控制这些器件并由此控制所述腔室内的压力。最后，该微控制器连接到如上文关于第一实施例所述的腔室加热器件，使得它能够控制该器件并由此控制所述腔室内的温度。该微控制器被编程为基于来自传感器装置的信号来控制压力和温度。

在又一些替代实施例中，该设备包括更多或更少的管状区段。

例如，在一个这样的替代实施例中，该设备仅包括两个管状区段。这些管状区段中的一个管状区段与关于第一实施例所述的第一壁部分基本相同。另一个管状区段与关于第一实施例所述的第三壁部分基本相同。因此，在该替代实施例中，与其中存在三个管状区段的实施例(例如第一实施例)中的柱体的高度相比，柱体的高度较小。这导致了更紧凑的设备。

在第二个这样的替代实施例中，存在四个管状区段。该设备基本与上文关于第一实施例所述的相同，区别在于它在第一壁部分和第二壁部分之间具有附加的壁部分。该附加的壁部分与第一实施例的第二和第三壁部分基本相同。因此，该替代实施例中的柱体的高度大于第一实施例中的柱体的高度。这导致由喷嘴装置生成的水滴在它们撞击柱体的底部处的目标物时比它们在具有较少管状区段的结冰装置中具有更高的速度。

在另一替代实施例中，水滴排出装置是压电装置70，而不是喷嘴装置14。图7中以截面图示意性地示出了压电装置70。参考该图，现在将更详细地描述压电装置70。

压电装置70由板73组成，该板73具有水通道71形式的多个通孔。选择水通道71的数量以提供足够的水滴，从而基于每个水通道71每次产生一个水滴来提供期望的结冰条件(如下面将进一步解释的)。

在本实施例中，板73的直径被选择为小于待喷射有水滴的区域的直径，以解决水滴向外扩散的问题。然而，在另一实施例中，板73的直径被选择为与待喷射有水滴的区域的直径基本相同。板73具有围绕其圆周的伴随式加热元件27。这是为了加热该板73。

每个水通道71都包含压电晶体72形式的压电元件。每个压电晶体72都被布置成使得当电流流过它们时，它们弯曲以便将水从它们各自的水通道71吸入到通过这种变形而产生的空间中。当没有供应电流时，压电晶体72恢复到其原始形状。每个压电晶体72都被布置成当发生这种情况时，它们从其各自的水通道71喷射水滴。每个压电晶体72都经由电连接74连接到组合式电源和控制器75。这是为了从该电源和控制器75向压电晶体72供应电流并控制所供应的电流的大小。

根据希望从水通道71喷射的水滴的尺寸来选择压电晶体72的类型。在给定的电流下相对较大地变形的压电晶体72将在其变形后松弛时喷射相对大体积的水。也根据希望从水通道71喷射水滴的速度来选择压电晶体72的类型。特别是，在响应于电流从其通过而变形后相对快速地松弛的一种压电晶体72将以相对大的速度从水通道71喷射水滴。

压电装置70被装配到水滴排出装置支架13中以代替喷嘴装置14。水滴生成系统20的与该压电装置连接的其余部分与上文关于图2所述的基本相同。换句话说，压电装置70连接到具有伴随式加热器27的供水管线26，并连接到泵21和水箱24、以及图2中所示的所有其它部件。

在操作中，水被从供水管线26供应到水通道71。操作该电源和控制器75以经由电连接74向压电晶体72供应电流。这使压电晶体72在第一方向上弯曲，以便将水从它们各自的水通道71吸入到通过这种变形而产生的空间中。然后停止通过压电元件72的电流，使得它们恢复到其原始形状并将水以水滴的形式推出。使用控制器75选择被供应到压电晶体72的电流的大小，以确定压电晶体72的变形的幅度。这进而控制了由压电装置70产生的水滴的尺寸。