[发明专利]一种气流脉冲剪切式单颗微水滴发生装置

说明书

本发明适用于航空航天技术领域，提供了一种气流脉冲剪切式单颗微水滴发生装置，包括供水系统、供气系统、同步器、水滴发生器；供水系统和供气系统的一端均连接于水滴发生器，供水系统和供气系统的另一端均连接于同步器；供水系统向水滴发生器提供水，且供水速度可调节；供气系统向水滴发生器提供脉冲气流，且脉冲气流产生的频率可调节。进一步地，供水系统包括依次连接的位移控制器、线性位移仪、微量注射器，其中，位移控制器连接于同步器，微量注射器连接于水滴发生器。本发明的气流脉冲剪切式单颗微水滴发生装置能够实现水滴直径的调节和水滴间距的调节。

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，尤其涉及一种气流脉冲剪切式单颗微水滴发生装置。

背景技术

自1994年美国ATR-72空难后，过冷大水滴(Supercooled Large Droplet，以下简称SLD)成为了飞机结冰研究的热点。相比于FAR25部附录C规定的常规水滴(水滴平均有效直径小于50μm)，SLD的特点是水滴直径较大(通常大于100μm，甚至达到3mm以上)，在运动、撞击过程中会发生显著的动力学行为，如，在强气动力作用下会发生变形、破碎现象，在撞击固壁或液膜时可能发生铺展、收缩和飞溅等现象；同时，SLD撞击固壁后通常不会立刻冻结，多数情况会形成液态水膜并在气流驱动下沿固壁流动过程中逐渐冻结，最终形成冰瘤或冰脊对飞行安全威胁极大。

目前，针对SLD动力学特性的研究已经取得了较大的成果，主要集中在水滴的变形、破碎和飞溅等方向。但是，大量的研究普遍存在两个方面的局限性，一是大多采用点滴的方式获取的水滴直径较大，且不可控；二是利用压电的方式生成的水滴串，该水滴串的间距非常小，且不可控，在运动过程中存在相互影响，增大了实验的调控难度，如专利CN102419246B公开的微型水滴发生器，由于水滴串的间距小，在碰撞、撞击的实验中很难捕捉单颗水滴完成的整个动力学行为过程，往往会受到其它水滴干扰，致使实验的准确性降低。

针对以上问题，本发明提供了一种气流脉冲剪切式单颗微水滴发生装置，可用于水滴碰撞、撞击及其行为过程的热-质-力耦合非平衡传递等研究，为解决飞机结冰与防除冰问题提供支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气流脉冲剪切式单颗微水滴发生装置，旨在解决现有技术中水滴直径较大且不可控、水滴串的间距非常小且不可控的技术问题。

本发明是这样实现的，一种气流脉冲剪切式单颗微水滴发生装置，包括供水系统、供气系统、同步器、水滴发生器；

所述供水系统和所述供气系统的一端均连接于所述水滴发生器，所述供水系统和所述供气系统的另一端均连接于所述同步器；

所述供水系统向所述水滴发生器提供水，且供水速度可调节；

所述供气系统向所述水滴发生器提供脉冲气流，且脉冲气流产生的频率可调节。

进一步地，所述供水系统包括依次连接的位移控制器、线性位移仪、微量注射器，其中，所述位移控制器连接于所述同步器，所述微量注射器连接于所述水滴发生器。

进一步地，所述供气系统包括储气罐、脉冲发生器、高频脉冲电磁阀，所述脉冲发生器连接于所述同步器和所述高频脉冲电磁阀之间，高频脉冲电磁阀还与所述储气罐和所述水滴发生器连接。

进一步地，所述水滴发生器包括集水组件、集气组件、套筒，所述集水组件、所述集气组件均套接于所述套筒中。

进一步地，所述集水组件包括水盘、微型针头安装管；所述微型针头安装管安装于所述水盘的一侧，所述微型针头安装管用于安装微型针头；所述水盘上设置有进水孔，所述进水孔与所述微型针头安装管连通。

进一步地，所述集气组件包括气盘和位于气盘一侧的排气环，所述气盘的另一侧设有进气管安装件，所述进气管安装件面向集水组件；

所述气盘和所述排气环中设置有贯通的微型针头安装管孔；