一种低温风洞的制作方法

本发明涉及低温模拟实验，具体涉及一种低温风洞。

背景技术：

1、风洞即风洞实验室，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。低温风洞是用于达到模拟结冰环境，飞机或飞机部件模型在低温风洞中进行模拟试验是除冰(防冰)研究的重要举措。

2、常规的风洞，是在常压下运行，不能进行海拔高度的模拟，不能模拟出不同地区机场尤其是高海拔地区机场的起飞条件。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种低温风洞，可以模拟不同温度、不同海拔高度、不同风速的试验条件，能满足多种试验需求。

2、为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种低温风洞，包括洞体结构、制冷系统、高度模拟系统；所述洞体结构为闭口回流式，洞体结构包含动力段、换热段、稳定段和试验段，所述动力段内设置动力装置，驱动气体流动；所述制冷系统连接换热段，通过换热段将制冷系统产生的冷量传递至洞体结构内，动力装置驱动低温气体在洞体结构内循环流动；所述稳定段内设有喷雾装置，喷雾装置用于生成水雾；试验段内设有内嵌试验段，洞体结构的拐角处设置有拐角导流装置；所述高度模拟系统用于调节控制洞体结构内的气压，模拟海拔高度；还包括综控系统，所述综控系统与制冷系统、高度模拟系统通信连接。

4、进一步地，所述洞体结构的稳定段与试验段之间设有收缩段，试验段与动力段之间依次设有第一扩散段、第一拐角、第二扩散段、第二拐角，动力段与换热段之间依次设有第三扩散段、第三拐角、大角扩散段，换热段与稳定段之间依次设有直边收缩段、第四拐角；内嵌试验段两端分别连接有内嵌收缩段和内嵌扩散段，所述内嵌收缩段的上部、下部分别通过支撑部件连接至收缩段内壁，内嵌试验段的上部、下部分别通过支撑部件与试验段内壁连接，内嵌扩散段的上部、下部分别通过支撑部件与第一扩散段的内壁连接，所述试验段的正面设有舱门，所述内嵌试验段的顶部设有盖板，内嵌试验段内设有实验模型放置架。

5、进一步地，所述稳定段内依次安装有蜂窝器和阻尼网；蜂窝器安装在靠近稳定段入口端，阻尼网为一层，阻尼网上密布网眼，阻尼网安装在蜂窝器后方；喷雾装置设置在阻尼网后方。

6、进一步地，所述喷雾装置包括喷雾耙，喷雾耙由多个喷雾杆阵列组成，喷雾杆前端设置喷嘴，喷雾杆通过喷雾水管连通喷雾供水模块，通过喷雾气管连通喷雾供气模块，喷嘴座内气体通道包围水通道。

7、进一步地，所述第一拐角、第二拐角、第三拐角、第四拐角内分别设置有双圆弧翼型导流片，导流片垂直于气流方向并列分布。

8、进一步地，所述第一拐角、第二拐角处还设有防冰装置，所述防冰装置包括热水管路，所述热水管路上下穿透导流片，热水管路两端连接电加热水箱，热水管路上设有循环水泵。

9、进一步地，所述换热段内设置有换热器，换热器连接制冷系统，所述制冷系统为双循环制冷系统，包括缓冲水箱、制冷机组和冷却塔，换热器分别通过换热进水管道和换热出水管道与缓冲水箱连通，缓冲水箱分别通过缓冲水箱出水管道和缓冲水箱回水管道与制冷机组连通，制冷机组分别通过冷却塔进水管道和冷却塔出水管道与冷却塔连通。

10、进一步地，所述换热进水管道、缓冲水箱回水管道、冷却塔出水管道上设有水泵，所述换热进水管道、换热出水管道、缓冲水箱出水管道、缓冲水箱回水管道、冷却塔进水管道、冷却塔出水管道上设有电动阀门，所述换热进水管道与换热出水管道之间、缓冲水箱出水管道与缓冲水箱回水管道之间、冷却塔进水管道与冷却塔出水管道之间通过管道连通，管道上设置有电动三通比例调节阀。

11、进一步地，所述高度模拟系统包括管汇模块、真空机组、压力调节模块、压力检测模块和控制模块，所述管汇模块一端设置真空机组，另一端连通洞体结构，真空机组将洞体结构内的气体排出洞体外，降低洞体结构内的气压达到模拟不同海拔高度的低气压环境，所述压力调节模块通过控制阀门控制真空机组的抽气速率和进气速率；所述压力检测模块设置在洞体结构内，用于检测洞体结构内的实时气压；所述控制模块与真空机组、压力调节模块、压力检测模块电性连接，控制整个高度模拟系统的稳定运行。

12、一种低温风洞的运行控制方法，步骤如下：

13、s1、通过综控系统设置目标温度，目标风速；

14、s2、通过综控系统设置目标海拔高度；

15、s3、通过综控系统开启制冷系统、海拔高度模拟系统，开启动力系统；

16、s4、通过洞体结构内的温度传感器、气压传感器实时监控洞体结构内的温度、压力，直至达到目标设定值，保持稳定；

17、s5、从洞体结构的试验段放入待测样品，调节风速，开始测试；

18、s6、试验结束后，关闭制冷系统、海拔高度模拟系统，关闭动力系统。

19、本发明的有益效果有：

20、本发明可以实现不同温度、不同海拔高度、不同风速的模拟，能满足多种试验需求。

21、本发明中的洞体结构采用回流风洞，风洞流场受周围环境影响很小，长度方向所占空间小；在试验段内设置内嵌试验段，方便小尺寸实验模型和样品放置，内嵌收缩段、内嵌试验段和内嵌扩散段可使待测样品满足结冰/防冰试验参数要求，以满足各种除冰液测试需求，解决现有技术中小尺寸实验模型与大体积试验段不匹配导致试验参数不准确的问题。

22、本发明中在制冷循环水路中增设缓冲水箱，增大制冷系统的循环水量，形成双循环制冷，保证制冷机组出水温度在系统载荷改变的情况下，既满足出水温度要求，又保证制冷机组平稳运行，有效解决系统载荷过小带来的负荷波动和机组频繁启、停问题；由于缓冲水箱内有一定的温度，还可以缩短试验后的除霜时间，消耗热量少。

23、本发明在洞体结构的拐角处设置导流结构和防冰结构，通过热水管向导流片传递热量，确保导流片表面不易结冰，导流片上融冰或冷凝产生的积水沿导流槽、排水管排出，保障风洞有效运行。

24、本发明中的高度模拟系统能够有效地控制低温风洞内的气压并维持稳定，模拟飞行器的飞行高度，满足产品试验的飞行海拔高度要求，控制精度和安全性高，保证试验结果的有效性和可靠性。

技术特征：

1.一种低温风洞，其特征在于：包括洞体结构、制冷系统、高度模拟系统；所述洞体结构为闭口回流式，洞体结构包含动力段、换热段、稳定段和试验段，所述动力段内设置动力装置，驱动气体流动；所述制冷系统连接换热段，通过换热段将制冷系统产生的冷量传递至洞体结构内，动力装置驱动低温气体在洞体结构内循环流动；所述稳定段内设有喷雾装置，喷雾装置用于生成水雾；试验段内设有内嵌试验段，洞体结构的拐角处设置有拐角导流装置；所述高度模拟系统用于调节控制洞体结构内的气压，模拟海拔高度；还包括综控系统，所述综控系统与制冷系统、高度模拟系统通信连接。

2.根据权利要求1所述的低温风洞，其特征在于：所述洞体结构的稳定段与试验段之间设有收缩段，试验段与动力段之间依次设有第一扩散段、第一拐角、第二扩散段、第二拐角，动力段与换热段之间依次设有第三扩散段、第三拐角、大角扩散段，换热段与稳定段之间依次设有直边收缩段、第四拐角；内嵌试验段两端分别连接内嵌收缩段和内嵌扩散段，所述内嵌收缩段的上部、下部分别通过支撑部件连接至收缩段内壁，内嵌试验段的上部、下部分别通过支撑部件与试验段内壁连接，内嵌扩散段的上部、下部分别通过支撑部件与第一扩散段的内壁连接，所述试验段的正面设有舱门，所述内嵌试验段的顶部设有盖板，内嵌试验段内设有实验模型放置架。

3.根据权利要求2所述的低温风洞，其特征在于：所述稳定段内依次安装有蜂窝器和阻尼网；蜂窝器安装在靠近稳定段入口端，阻尼网为一层，阻尼网上密布网眼，阻尼网安装在蜂窝器后方；喷雾装置设置在阻尼网后方。

4.根据权利要求3所述的低温风洞，其特征在于：所述喷雾装置包括喷雾耙，喷雾耙由多个喷雾杆阵列组成，喷雾杆前端设置喷嘴，喷雾杆通过喷雾水管连通喷雾供水模块，通过喷雾气管连通喷雾供气模块，喷嘴座内气体通道包围水通道。

5.根据权利要求2所述的低温风洞，其特征在于：所述第一拐角、第二拐角、第三拐角、第四拐角内分别设置有双圆弧翼型导流片，导流片垂直于气流方向并列分布。

6.根据权利要求5所述的低温风洞，其特征在于：第一拐角、第二拐角处还设有防冰装置，所述防冰装置包括热水管路，所述热水管路上下穿透导流片，热水管路两端连接电加热水箱，热水管路上设有循环水泵。

7.根据权利要求2所述的低温风洞，其特征在于：所述换热段内设置有换热器，换热器连接制冷系统，所述制冷系统为双循环制冷系统，包括缓冲水箱、制冷机组和冷却塔，换热器分别通过换热进水管道和换热出水管道与缓冲水箱连通，缓冲水箱分别通过缓冲水箱出水管道和缓冲水箱回水管道与制冷机组连通，制冷机组分别通过冷却塔进水管道和冷却塔出水管道与冷却塔连通。

8.根据权利要求7所述的低温风洞，其特征在于：所述换热进水管道、缓冲水箱回水管道、冷却塔出水管道上设有水泵，所述换热进水管道、换热出水管道、缓冲水箱出水管道、缓冲水箱回水管道、冷却塔进水管道、冷却塔出水管道上设有电动阀门，所述换热进水管道与换热出水管道之间、缓冲水箱出水管道与缓冲水箱回水管道之间、冷却塔进水管道与冷却塔出水管道之间通过管道连通，管道上设置有电动三通比例调节阀。

9.根据权利要求1所述的低温风洞，其特征在于：所述高度模拟系统包括管汇模块、真空机组、压力调节模块、压力检测模块和控制模块，所述管汇模块一端设置真空机组，另一端连通洞体结构，真空机组将洞体结构内的气体排出洞体外，降低洞体结构内的气压达到模拟不同海拔高度的低气压环境，所述压力调节模块通过控制阀门控制真空机组的抽气速率和进气速率；所述压力检测模块设置在洞体结构内，用于检测洞体结构内的实时气压；所述控制模块与真空机组、压力调节模块、压力检测模块电性连接，控制整个模拟系统的稳定运行。

10.一种低温风洞的运行控制方法，其特征在于：步骤如下：

技术总结
本发明公开一种低温风洞，包括洞体结构、制冷系统、高度模拟系统；所述洞体结构为闭口回流式，洞体结构包含动力段、换热段、稳定段和试验段，所述动力段内设置动力装置，驱动气体流动；所述制冷系统连接换热段，通过换热段将制冷系统产生的冷量传递至洞体结构内，动力装置驱动低温气体在洞体结构内循环流动；所述稳定段内设有喷雾装置，喷雾装置用于生成水雾；试验段内设有内嵌试验段，洞体结构的拐角处设置有拐角导流装置；所述高度模拟系统用于调节控制洞体结构内的气压，模拟海拔高度；还包括综控系统，所述综控系统与制冷系统、高度模拟系统通信连接。本发明可以模拟不同温度、不同海拔高度、不同风速的试验条件，能满足多种试验需求。

技术研发人员：夏祖西,彭华乔,李志,王强,靳俊升,刘又瑞,苏正良
受保护的技术使用者：中国民用航空总局第二研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17