[发明专利]压电式超粒径过冷水滴发生方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天领域的风洞结冰实验的方法及装置，特别是一种压电式超粒径过冷水滴发生方法及装置。

背景技术

飞机在空中遭遇的结冰现象是对飞机安全的一个重大威胁。飞机翼面上的积冰严重破坏机翼的气动外形，降低飞机的升阻比，导致发生许多异常飞行状态，严重者导致灾难性事故。目前，FAR25(Federal Aviation Regulation)附录C中对于结冰环境的规定中，将飞行环境的过冷水滴粒径严格规定在50μm以下，而真实的结冰环境中出现了超出FAR25部中规定的粒径的超粒径过冷水滴(SLD，Supercooled Large Droplet)的结冰环境，并导致了灾难性的飞行安全事故。因此，模拟飞机在SLD结冰环境中的结冰状况，对SLD的结冰机理进行研究是很有必要的。现阶段，主要通过风洞实验，模拟飞机在SLD结冰环境中的结冰状况，而模拟单滴SLD的结冰过程对研究SLD的结冰机理有重要意义。

近年来水滴发生技术广泛应用于在风洞中研究水滴碰撞飞溅、变形破碎以及模拟飞机结冰，使用的主要装置有常温单滴水滴发生装置，以及低温喷雾式水滴发生装置。这两种装置都有其不足之处，常温单滴水滴发生装置虽然可以稳定产生单滴水滴，但其在低温状况下由于容易结冰而无法正常工作，而低温喷雾式水滴发生装置虽然可以在低温下可正常工作，但其喷出水滴量多且粒径分布不确定，因而这两类水滴发生装置都无法用于研究SLD的结冰机理实验。为此，亟需发展一种既可以稳定产生所需粒径的单滴水滴，又能够在低温下正常工作的水滴发生方法与装置。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种压电式超粒径过冷水滴发生方法及装置，以在低温状况下实现正常工作，并稳定地产生所需粒径的单滴水滴。

本发明所提供的压电式超粒径过冷水滴发生装置包括水滴发生装置主体、补水器、压电片振动信号发生器及电源，所述水滴发生装置主体包括水滴发生器及翼形横梁，所述水滴发生器被包裹在翼形横梁中，且所述水滴发生器包括平板式压电喷头、压电片、螺旋状热电阻管和热电阻片，所述平板式压电喷头具有相互连通的进水口、储水腔及喷口；其中所述补水器通过输水管与所述平板式压电喷头的所述进水口相连通，所述压电片振动信号发生器通过压电片振动信号线与所述压电片相连接，所述电源通过电线分别与所述螺旋状热电阻管和所述热电阻片相连接；所述平板式压电喷头设置在所述压电片和所述热电阻片之间，而所述螺旋状热电阻管围绕所述输水管设置。

本发明所提供的压电式超粒径过冷水滴发生方法包括：通过输水管连接补水器与平板式压电喷头；将补水器中的水通过液压挤入平板式压电喷头的储水腔中，使得所述储水腔保持充满水但水不流通的状态；通过电线分别将电源与螺旋状热电阻管及热电阻片相连接，其中所述热电阻片贴附于所述平板式压电喷头的一侧表面，所述螺旋状热电阻管围绕所述输水管设置；向所述螺旋状热电阻管及所述热电阻片通电，以加热所述螺旋状热电阻管及所述热电阻片；通过压电片振动信号线将压电片振动信号发生器与压电片相连接，其中所述压电片贴附于所述平板式压电喷头的另一侧表面；以及利用所述压电片振动信号发生器向所述压电片发送振动信号，使得所述压电片根据所述振动信号发生形变，以将所述储水腔中的水挤出，产生超粒径过冷水滴。

本发明所提供的压电式超粒径过冷水滴发生方法及装置能够通过调节压电信号来控制所得水滴的粒径，并通过控制直流电源电压来控制热电阻的发热，进而控制系统产生的水滴的温度，从而能够在低温风洞中稳定产生所需粒径的水滴。

附图说明

图1为本发明的较佳实施例中的压电式超粒径过冷水滴发生装置的示意图。

图2为图1中的水滴发生器的局部放大图。

图3为从图2中的水滴发生器上移除平板式压电喷头、压电片、压电片振动信号线和输水管后的局部放大图。

图4为图2中的平板式压电喷头的示意图。

图5为图2中的平板式压电喷头、压电片、压电片振动信号线和输水管组装后的局部放大图。

图6为图1中的带有水滴发生器的翼形横梁安装于风洞中的示意图。

具体实施方式