全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台

本发明提供了一种全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台，属于工业通用技术及设备领域。

背景技术：

1、跑道积水、积冰和积雪降低跑道的抗滑性能，影响跑道标志物和助航灯辨识度，使机场通行能力大大降低。2021 年民航局发布的《运输机场跑道表面状况评估和通报规则》指出：根据道面上积水、积雪和积冰等污染物情况，将跑道表面状况分为干跑道、湿跑道和污染跑道。其中污染跑道对飞行器通行安全影响最大，因而针对跑道表面冰/雪/水的检测尤为关键。在实际中，由于机场通航交通管制、各季节自然气候变化等原因，很难直接在机场跑道上开展此类科学研究。为解决此问题需要一套可行的适用于机场跑道的模拟实验系统平台。

技术实现思路

1、为了解决难以在实际机场跑道上开展科学研究的问题，本发明的目的在于提供一种全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台。通过环境气候模拟系统，流水冷却系统，流水雾化系统，保温水箱，混凝土板块，沥青板块各系统功能的耦合，可全天候的有效模拟真实机场道面表面干燥、潮湿、积水、冰水混合、水结冰、积雪（干雪、湿雪、冰上有雪、冰雪、雪浆）的状态，以便开展机场跑道表面各类环境状况的实验研究。

2、本申请提供的技术方案为：

3、全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台，所述模拟实验系统平台由环境气候模拟系统舱，流水冷却系统，流水雾化系统，保温水箱，混凝土板块，沥青板块组成；在所述环境气候模拟系统舱内，搭建以流水冷却系统、流水物化系统、保温水箱构成的硬件模拟环境，所述模拟实验系统平台通过模拟实验系统实现环境数据采集以及仿真软件控制。

4、进一步的，所述环境气候模拟系统舱为空间立体几何舱体，其舱体结构由金属合金框架、蒙皮、保温层组成；舱体内设有影像监视器，舱体上带有双层隔温透光窗，用于监视舱体内部状况；舱体上安置总控制器，分为程序总控制器与总电路控制箱；舱体上安装密封门，用于人员进出；所述环境气候模拟系统舱内安装照明灯用于舱内照明，加热棒、散热片、内外空气循环风机、空气冷却器、温度湿度传感器、压力阀用于舱内温度、湿度调控；所述环境气候模拟系统舱还设有冷凝换热机，所述冷凝换热机安装于舱体外；其中，所述加热棒与散热片交替排布于舱内，内外空气循环风机嵌在舱体上，空气冷却器内置于舱体，冷凝换热器外置于舱体两者之间通过制冷剂循环管道相连，温湿度传感器探针暴露于舱内空气中。

5、进一步的，所述的流水冷却系统用于实现环境气候模拟系统舱内的流水冷却，由第一换热风机、第一压缩机、第一冷凝器、膨胀阀、蒸发器、第一水泵、储水箱、第一流水管、第一压力阀、控制面板组成；所述蒸发器是实现流水冷却的主要管路部件，其连接方式为：制冷剂从蒸发器进入开始循环，蒸发器连接到第一压缩机和第一冷凝器，通过制冷剂循环管道实现；所述蒸发器将制冷剂气体吸入第一压缩机，第一压缩机增压，并将高温高压的制冷剂气体推送到第一冷凝器；第一换热风机置于第一冷凝器上部为其进行换热，第一冷凝器接收来自压缩机的高温高压制冷剂气体，并通过热交换的方式使其冷却、凝结为液体态；

6、第一冷凝器与第一蒸发器通过制冷剂循环管道相连；所述冷凝器后面是膨胀阀，用于调节制冷剂流量和压力；所述膨胀阀连接到蒸发器，通过减压使制冷剂从液体态转变为气体态，从而吸收周围环境的热量；

7、所述的流水冷却系统还包含冷水机，所述冷水机使用水冷却方式，将冷水机的水入口和出口与外部供水系统进行连接；冷水机的控制系统与各组件进行连接，以实现对温度、压力、流量参数的监测和调节。

8、进一步的，所述的流水雾化系统用于实现环境气候模拟系统舱内的流水雾化，由第二换热风机、第二压缩机、雾化器、第二冷凝器、第二水泵、高压储气罐、第二流水管、导气管、第二压力阀、控制面板组成；所述第二水泵一端连接到保温水箱，第二水泵的出口与雾化器连接；第二压缩机与雾化器连接以提供压缩空气，将第二冷凝器与雾化器连接以冷却和凝结热空气，将高压储气罐与压缩机连接以储存高压空气，将第二换热风机与第二冷凝器连接以增强散热效果，最后将控制面板与各组件连接以监测和调节雾化水器的运行状态；

9、将第二流水管和导气管连接到雾化器，以确保水和空气能够顺利输送到喷嘴处，通过第二压力阀调节系统中的气压、水压。

10、进一步的，所述的流水冷却系统外置于环境气候模拟舱；流水雾化系统中的雾化器、保温水箱置于环境气候模拟系统舱内部，其余部分置于环境气候模拟系统舱的外部，外部水源连接流水冷却系统，流水冷却系统连接保温水箱，保温水箱连接流水雾化系统。

11、进一步的，所述的混凝土板块以及沥青板块铺装于环境气候模拟舱底面，混凝土板块以及沥青板块上开设滑轨排水口，环境气候模拟舱底面开有排水管道。

12、进一步的，流水冷却系统、流水雾化系统、环境气候模拟系统都接入程序总控制器与总电路控制箱。

13、本发明的有益效果是：

14、提供真实环境模拟：该系统能够模拟机场跑道表面的各种环境状况，包括干燥、潮湿、积水、冰水混合、水结冰和积雪等。通过精确模拟这些环境条件，研究人员可以在控制的实验环境中进行测试和验证，提高实验结果的可靠性和代表性。

15、基于此平台评估跑道安全性能：该系统可以用于评估机场跑道的安全性能。通过模拟不同的环境状况，可以测试飞机在各种情况下对跑道的抓力、制动性能和排水能力等方面的适应性。这有助于提前发现并解决可能存在的问题，提高机场跑道的安全性能。

16、优化跑道维护计划：通过模拟机场跑道表面的不同环境状况，可以评估不同维护策略的效果，帮助机场制定更科学、高效的跑道维护计划。例如，在不同的气候条件下，确定最佳的除冰措施和排水系统，以及跑道表面的修复和维护时间表等。

17、降低成本和风险：使用该模拟系统进行实验和研究，可以在真实环境之外获得有关机场跑道表面状况的信息。这种虚拟实验方法不仅可以降低实验成本，还可以减少对实际跑道的影响和风险，提高研究效率和安全性。

18、总之，这个全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台为机场运营管理、飞行安全和维护提供了一个有益的工具，可以改善机场运营效率、减少风险，并优化跑道维护计划。

技术特征：

1.全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台，其特征在于，所述模拟实验系统平台由环境气候模拟系统舱，流水冷却系统，流水雾化系统，保温水箱，混凝土板块，沥青板块组成；在所述环境气候模拟系统舱内，搭建以流水冷却系统、流水物化系统、保温水箱构成的硬件模拟环境，所述模拟实验系统平台通过模拟实验系统实现环境数据采集以及仿真软件控制。

2.根据权利要求1所述的全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台，其特征在于，所述环境气候模拟系统舱为空间立体几何舱体，其舱体结构由金属合金框架、蒙皮、保温层组成；舱体内设有影像监视器，舱体上带有双层隔温透光窗，用于监视舱体内部状况；舱体上安置总控制器，分为程序总控制器与总电路控制箱；舱体上安装密封门，用于人员进出；所述环境气候模拟系统舱内安装照明灯用于舱内照明，加热棒、散热片、内外空气循环风机、空气冷却器、温度湿度传感器、压力阀用于舱内温度、湿度调控；所述环境气候模拟系统舱还设有冷凝换热机，所述冷凝换热机安装于舱体外；其中，所述加热棒与散热片交替排布于舱内，内外空气循环风机嵌在舱体上，空气冷却器内置于舱体，冷凝换热器外置于舱体两者之间通过制冷剂循环管道相连，温湿度传感器探针暴露于舱内空气中。

3.根据权利要求1所述的全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台，其特征在于，所述的流水冷却系统用于实现环境气候模拟系统舱内的流水冷却，由第一换热风机、第一压缩机、第一冷凝器、膨胀阀、蒸发器、第一水泵、储水箱、第一流水管、第一压力阀、控制面板组成；所述蒸发器是实现流水冷却的主要管路部件，其连接方式为：制冷剂从蒸发器进入开始循环，蒸发器连接到第一压缩机和第一冷凝器，通过制冷剂循环管道实现；所述蒸发器将制冷剂气体吸入第一压缩机，第一压缩机增压，并将高温高压的制冷剂气体推送到第一冷凝器；第一换热风机置于第一冷凝器上部为其进行换热，第一冷凝器接收来自压缩机的高温高压制冷剂气体，并通过热交换的方式使其冷却、凝结为液体态；

4.根据权利要求1所述的全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台，其特征在于，所述的流水雾化系统用于实现环境气候模拟系统舱内的流水雾化，由第二换热风机、第二压缩机、雾化器、第二冷凝器、第二水泵、高压储气罐、第二流水管、导气管、第二压力阀、控制面板组成；所述第二水泵一端连接到保温水箱，第二水泵的出口与雾化器连接；第二压缩机与雾化器连接以提供压缩空气，将第二冷凝器与雾化器连接以冷却和凝结热空气，将高压储气罐与压缩机连接以储存高压空气，将第二换热风机与第二冷凝器连接以增强散热效果，最后将控制面板与各组件连接以监测和调节雾化水器的运行状态；

5.根据权利要求1所述的全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台，其特征在于，所述的流水冷却系统外置于环境气候模拟舱；流水雾化系统中的雾化器、保温水箱置于环境气候模拟系统舱内部，其余部分置于环境气候模拟系统舱的外部，外部水源连接流水冷却系统，流水冷却系统连接保温水箱，保温水箱连接流水雾化系统。

6.根据权利要求1所述的全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台，其特征在于，所述的混凝土板块以及沥青板块铺装于环境气候模拟舱底面，混凝土板块以及沥青板块上开设滑轨排水口，环境气候模拟舱底面开有排水管道。

7.根据权利要求1所述的全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台，其特征在于，流水冷却系统、流水雾化系统、环境气候模拟系统都接入程序总控制器与总电路控制箱。

技术总结
本发明提供了一种全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台，属于工业通用技术及设备领域。所述的全天候机场跑道表面环境模拟实验系统平台由环境气候模拟系统舱，流水冷却系统，流水雾化系统，保温水箱，混凝土板块，沥青板块组成。本发明通过以上各系统功能的耦合，可全天候的有效模拟机场道面表面干燥、潮湿、积水、冰水混合、水结冰、积雪（干雪、湿雪、冰上有雪、冰雪、雪浆）的状态，以便开展机场跑道表面环境状况的实验研究。

技术研发人员：吴瑾,赵金忠,陈宇豪,张丽芳,赵杏
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15