[发明专利]具有拍摄水滴动力学行为功能的垂直风道工作台

说明书

本发明涉及一种具有拍摄水滴动力学行为功能的垂直风道工作台，包括垂直风道、支撑机构和高速相机，所述垂直风道由稳定段、收缩段、试验段、扩散段组成；所述高速相机安装于一可移动平台上的相机固定装置，该移动平台装于所述支撑机构。本发明在所述垂直风道稳定段，安装有一可调角度的机翼，可准确模拟水滴在机翼绕流以及自由流场中的动力学行为；装置使用有机玻璃，有足够的强度和透明性，方便了对实验过程的观察；垂直风道的稳定段、收缩段、试验段和扩散段的位置和尺寸，相机的高度均可以根据需要进行调节，从而可以方便拍摄到不同的水滴动力学行为。

技术领域

本发明涉及飞机结冰和防/除冰研究中的水滴动力学、撞击特性和相互作用领域，具体涉及一种具有拍摄水滴动力学行为功能的垂直风道工作台。

背景技术

飞机在云层中飞行时,迎风表面如机翼、尾翼等升力面、进气道前缘等都有可能会发生结冰，对飞行安全造成严重威胁：发生在机身、机翼前缘、整流罩等部位的结冰一般会对飞机的全机气动外形造成影响，破坏飞机设计好的气动布局，从而引发事故；水平尾翼结冰会使飞机操纵性能降低转角，为维持纵向平衡需要比未结冰时提供更大的升降舵降低临界攻角，提高发生风险的概率。而飞机结冰的主要原因就是空气中存在过冷水滴，过冷水滴撞击飞机表面就容易导致结冰，因此，研究水滴的各种特性对于飞机的防除冰具有十分重要的意义。

风洞实验是结冰研究领域十分重要的一部分，通过在风洞中进行实验，可以模拟飞机在飞行中的实际大气环境，包括压力、空气流速等，并且可以有效降低飞行试验的成本与风险。

水滴在运动过程中存在变形、破碎、合并、合并后的分裂以及撞击固壁后的飞溅、反弹现象。目前关于这方面的研究大多是在完全开放的空间中进行，缺少对真实飞行环境的模拟。一般的水平风洞也难以使水滴产生理想的运动形态，因此搭建一个垂直风洞，并且在其中安装一个机翼，使水滴在垂直风道中运动具有必要性。此外，水滴在运动过程中速度较快，产生的任何变化也都是转瞬即逝的，这种快速的变化是肉眼以及一般的摄像机都无法捕捉到的。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供了一种具有拍摄水滴动力学行为功能的垂直风道工作台，该工作台通过安装在风道中的机翼，能够有效模拟水滴在机翼绕流中的运动，将机翼拆卸后，能获得自由流场中的水滴动力学行为；同时通过高速照相机能比较清楚的拍到水滴运动过程中的动力学行为，另外，可以通过步进电机等相机调节装置调节相机高度使其适应不同位置的拍摄，从而观察到水滴的不同动力学行为。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：

一种具有拍摄水滴动力学行为功能的垂直风道工作台，其中包含有：支撑机构、透明垂直风道和高速相机。透明垂直风道由上向下依次由稳定段、收缩段、

试验段、扩散段组成，相邻段通过法兰相连；在垂直风道的最上端设有一有机玻璃段，用以放置水滴发生器；透明垂直风道通过法兰安装于支撑机构；高速相机安装于相机固定装置，相机固定装置安装于可移动平台，可移动平台安装于支撑机构。

优选的是，垂直风道的稳定段安装有一机翼。

优选的是，机翼安装角度可在一定范围内调节且可拆卸。

优选的是，垂直风道的稳定段、收缩段、试验段和扩散段均由有机玻璃搭建而成。

优选的是，垂直风道的稳定段、收缩段、试验段和扩散段的横截面尺寸以及高度均可以根据需求调整。

优选的是，垂直风道的稳定段、收缩段、试验段和扩散段均能根据需要自由装卸，调节其在风道中的位置。

优选的是，支撑机构包含有固定在地面的立柱，立柱上通过螺栓安装有角铁，法兰通过螺栓与角相连，角铝与角铁连接。

优选的是，相机固定装置包含一支撑铝架，铝架设有凹槽，凹槽上方放置一钢板，钢板与铝架凹槽通过螺栓连接，高速照相机则固定于钢板上方。