[实用新型]一种结除冰过程测力试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及风洞测力试验领域，尤其是涉及一种用于结冰风洞中进行结/除冰过程测力实验研究的试验装置。

背景技术

目前，结冰对飞机部件气动力/力矩的影响研究通常是在常规低速风洞中开展，前提是必须在结冰风洞中获取真实准确的结冰外形，并将其制作成全尺寸或缩比尺寸的冰模，安装于干净翼型表面进行常规低速风洞实验。因此，结冰外形的精确测量和模拟是关键，但由于实验技术的限制和研究人员水平的差异，并不总能获得完全精确的结冰外形和冰模，这就导致了实验研究结果的差异。鉴于此，在结冰风洞中开展试验模型结冰过程的气动参数测量实验技术，这样可以缩减冰形测量和冰模制作两道环节，减少影响实验结果的误差源，更加真实的模拟结冰对飞机气动特性的影响。

结冰风洞是飞机结冰研究的关键实验设备。目前，国外已有数十座结冰风洞，对飞机结冰进行了几十年的研究，取得了大量研究成果，以美国为例，NASA、AEDC、波音等机构都建有结冰风洞，其中仅波音公司就有3座。发达国家一直想利用结冰风洞探索飞机部件结冰过程的气动力测量实验研究，但是这方面的研究工作还未见公开报道。采用结冰风洞实验的研究方法，在中国空气动力研究与发展中心0.3米×0.2米结冰风洞主实验段中对圆柱模型的结/除冰过程进行了测力实验研究，可以获得圆柱模型结/除冰过程的气动力/力矩变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合低温高湿环境下的外式天平进行气动参数测量，实现试验模型边结冰、边除冰、边测力的装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种结除冰过程测力试验装置，包括试验模型、电热除冰装置、外式天平、隔热装置、保护罩和盖板；所述盖板上设置有通孔，保护罩为圆形罩结构，圆形罩倒扣在通孔上且通过螺钉与盖板固定在一起；所述外式天平为塔式筒状串联结构，且天平内部为空心结构，天平的顶端与保护罩的罩面固定连接，所述天平的下端插入盖板的通孔内且与盖板固定连接；所述天平的下端设置有浮动端，该浮动端通过隔热装置与试验模型连接；所述试验模型内设置有空腔，且与隔热装置连接的一端设置有开口，所述电热除冰装置通过开口插入到试验模型内的空腔中；所述电热除冰装置的导线与外式天平的信号线从外式天平的空心结构处导出。

在上述技术方案中，所述电热除冰装置插入在试验模型内的空腔中，电热除冰装置与试验模型的内壁之间有空隙。

在上述技术方案中，所述空隙内设置有填充物，所述填充物或为金属粉末或为导热胶。

在上述技术方案中，所述金属粉末与试验模型的导热率一致。

在上述技术方案中，所述导热胶紧密压缩填充在空隙内。

在上述技术方案中，所述外式天平的应变片表面上设置有一层耐低温的环氧树脂胶。

在上述技术方案中，所述耐低温的环氧树脂胶在零下10℃的低温环境下粘附在应变片表面。

利用上述所述的一种结除冰过程测力试验装置进行试验，该方法包括以下步骤：

步骤一：将调试安装完毕的试验装置固定设置在风洞实验段内，首先开启结冰风洞的轴流风机，开始建立风洞的流场，然后开启制冷系统，对风洞洞体和流场进行制冷，建立来流速度、来流温度等参数均稳定的流场，经历足够的时间后，使试验模型表面温度和流场环境温度达到平衡；

步骤二: 调节喷雾系统的水压、气压和水温、气温等参数，开启喷雾系统进行喷雾，在风洞内建立实验所需要的结冰云雾参数，使得液态水含量和水滴平均直径均达到实验的要求，建立均匀稳定的云雾场;

步骤三：启动天平的数据采集系统，在喷雾的同时，试验模型表面已经开始结冰，采用特殊的外式天平对试验模型结冰过程进行气动力测量，待结冰到实验的规定时间，停止测力天平的数据采集；

步骤四：天平测力结束后，关闭结冰风洞的喷雾系统，保持风洞的运行、制冷系统的运转，也即保持来流风速和来流温度，保持数据采集系统运行，开启电热除冰装置，对试验模型表面所结的冰进行去除，采用外式天平对试验模型的除冰过程进行气动力测量；

步骤五：待试验模型表面的冰全部去除后，停止风洞和制冷系统的运行，停止数据采集系统，清理试验模型表面剩余的冰渣和水膜；

步骤六：重复步骤一到步骤五进行多次数据采集。

在上述过程中，所述步骤三与步骤四的结冰、除冰的数据采集中，采用摄像装置对试验模型表面冰层形态变化进行实时拍摄。