一种结除冰过程测力试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种结除冰过程测力试验装置，包括实验模型、电热除冰装置、外式天平、隔热装置、保护罩和盖板；该装置基于结冰风洞实验平台，通过在实验模型中安装电热除冰装置，以模拟除冰的过程并实现模型表面的除冰，采用在低温高湿环境中校准过的外式测力天平，以测量结/除冰过程中实验模型气动参数的变化；该装置的主要功能是进行飞机部件结/除冰过程的测力实验研究。

【技术实现步骤摘要】
一种结除冰过程测力试验装置
本专利技术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。
技术介绍
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，在结冰风洞中开展实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。
技术实现思路
本专利技术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，实现实验模型边结冰、边除冰、边测力的装置。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种结除冰过程测力试验装置，包括实验模型、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的连接；所述实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实验模型内的空腔中；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出导出。在上述技术方案中，所述电热除冰装置插入在实验模型内的空腔中，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，使实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，实验模型表面已经开始结冰，采用特殊的外式天平对实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，对实验模型表面所结的冰进行去除，采用外式天平对实验模型的除冰过程进行气动力测量；步骤五：待实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，清理实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，采用摄像装置对实验模型表面冰层形态变化进行实时拍摄。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：要获得结冰实验模型的气动特性变化，通常的做法是首先获得实验模型表面的结冰外形，然后制作相同外形的冰模，安装在测力实验模型表面，利用常规低速风洞和常规天平进行表面带冰模实验模型的气动参数测量实验，本专利技术采用了一种耦合的实验方法和技术，同时进行实验模型表面结冰外形的测量和实验模型气动参数的测量，缩减实验模型表面结冰外形的测量和测力实验模型表面的冰模制作这两道环节，可以降低由于实验环节较多而产生的误差，从而提高实验结果的准度，更加真实的模拟飞行过程中结冰对飞机部件表面气动特性的影响，获得了良好的实验效果。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是实验模型的结构示意图；图3是天平的安装结构示意图；其中：1是实验模型，2是电热除冰装置，3是外式天平，4是隔热装置，5是盖板，6是保护罩，7是把手。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。如图1所示，本专利技术包括实验模型、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的连接；所述实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实验模型内的空腔中；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出导出。如图2所示，实验模型采用铝合金材料制作而成的圆柱模型，实验模型为一端封闭的空心圆柱。模型外径30mm，内径10mm，长200mm，模型重量约为0.35kg，重心在空心圆柱的轴线上、距端面0.1m左右位置。实验模型安装于0.3米×0.2米结冰风洞第二实验段中心，其轴线垂直于风洞上、下壁面。模型内部装有圆柱形电加热棒，用于模拟电热除冰过程和结冰实验结束后的除冰。如图2所示，电热除冰装置是细长型的圆柱形电加热棒，直接插入到空心圆柱模型内部，加热棒与实验模型之间填充金属粉末或导热胶，金属粉末与实验模型是同一材质，导热胶应紧密填充，这样可以增强电热除冰装置与实验模型之间的导热，减少热阻的产生。利用该电热除冰装置，可以模拟电热除冰的过程，并将模型表面所结的冰去除。如图1和图3所示，外式天平是外式五分量微量天平，由高强度马氏体时效钢材料制作而成，该天平为塔式筒状串联结构，中间为空心结构，电热除冰装置的导线和外式天平的信号线可以从空心结构内引出至实验段外部。天平安装于结冰风洞实验段外，两端均采用法兰盘联接，固定端通过天平保护罩安装于结冰风洞实验段上顶盖；浮动端通过隔热装置与实验模型相连，形成完整的测试系统，实现气动特性测量。天平分三组测量元件设计，来实现对天平各分量测量。升力（本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结除冰过程测力试验装置，其特征在于包括实验模型、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的连接；所述实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实验模型内的空腔中；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出导出。

【技术特征摘要】
1.一种结除冰过程测力试验装置的试验方法，其特征在于该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处导出；试验装置的试验方法为：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖春华，李晓华，李明，沈志洪，马军，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51