用于发动机冰晶结冰试飞的空中制备冰晶装置及试验方法与流程

本发明涉及用于发动机冰晶结冰试飞的空中制备冰晶装置及试验方法，属于高空飞行条件下冰晶制备领域。

背景技术：

1、在冰晶气象环境中飞行，会导致航空发动机冰晶结冰，严重影响飞行安全。航空发动机适航要求中明确提出需要在冰晶气象环境下检测航空发动机的安全性，但是冰晶气象环境条件苛刻，在真实大气中难以捕捉，严重影响适航审定周期。因此需要研制不受气象环境限制，可重复利用的高空冰晶生成装置。目前国内缺乏对于航空发动机压气机叶片冰晶结冰机理的试验研究。

技术实现思路

1、本发明的目的：

2、本发明为高空飞行条件下航空发动机叶片冰晶结冰试验提供了一种冰晶制造生成技术，能够为相关试验制造出尺寸、含量等符合试验要求的冰晶，并用于冰晶试验研究。

3、本发明的技术方案是：

4、第一方面，提出一种用于航空发动机冰晶结冰试飞的空中制备冰晶装置，包括：运载飞机、机载水箱、增压装置、输水管路、喷雾系统、控制系统；

5、其中，运载飞机内安装有机载水箱，增压装置设置于机载水箱与喷雾系统之间的输水管路上，用于为流经的水进行增压，增压后的水由喷雾系统喷出形成细小的水雾，水雾在高空低温的环境下凝结成冰晶，控制系统用于控制尾杆位置调节、加温装置加温和增压装置增压。

6、进一步的，喷雾系统包括：尾杆、喷雾环、雾化喷嘴；

7、尾杆内埋输水管路，内埋的输水管路与喷雾环连通，喷雾环上设有多个雾化喷嘴。

8、进一步的，机载水箱内设置有水箱水温探测器，水箱水温探测器用于感应机载水箱的温度，并将该温度发送给控制系统，水箱加温系统用于在控制系统的控制下对机载水箱进行加温降温。

9、进一步的，该装置还包括：液压铰链，

10、液压铰链安装于飞机尾腹部上，用于运载飞机和连接尾杆，同时由控制系统控制液压铰链来调节尾杆的升降。

11、进一步的，该装置还包括：喷雾环内设置的喷雾环水温探测器，用于测量喷水环内水的温度，喷水环内水的温度可通过水箱加温系统进行调节，以确保喷雾环喷出的水滴能够形成满足需求的冰晶。

12、进一步的，尾杆和喷雾环的横截面都为横放式水滴形状，根据数值模拟结果，该构型具有较小的流体阻力。

13、进一步的，喷雾环由内圈、中圈、外圈三个环形管路组成，喷雾环的三个环形管路上布置两种雾化喷嘴，分别为a雾化喷嘴和b雾化喷嘴，其中内圈上布置8个a雾化喷嘴和8个b雾化喷嘴，中圈上布置12个a雾化喷嘴和12个b雾化喷嘴，外圈内圈上布置16个a雾化喷嘴和16个b雾化喷嘴。

14、第二方面，提出一种试验方法，包括：运载飞机在高空正常飞行，雾化喷嘴喷出的水雾在高空低温的环境下凝结成冰晶，在运载飞机后方，尾随一架试验机，试验机上的被试发动机进气道正对喷雾系统的雾化喷嘴，吸收雾化喷嘴后方高空低温环境凝结的冰晶，开展高空冰晶环境下的航空发动机冰晶结冰试验。

15、本发明专利的优点：

16、优点一：尾杆和喷雾环在空中长期处于低温环境中，其内部的水可能会发生凝结。本发明在机载水箱中增加了加温系统，可以有效的防止水在没有喷出之前在管路中凝结为冰，同时在机载水箱和喷雾环管路中安装有水温探测器，实时反馈水温，便于控制系统对水温进行控制。

17、优点二：本发明所述的空中制备冰晶的设备中不需要额外增加低温冷气源，如液氮等，而是利用高空中的低温大气将雾化水滴冻结成冰晶，达到降低制备冰晶装置复杂程度和节约成本的目的。

18、优点三：为了减小运载飞机在空中飞行时尾杆和喷雾环带来的气动阻力，本发明中尾杆和喷雾环的横截面设计为横放式水滴形。该构型的流动损失比传统的跑道型截面和圆形截面的流动损失小，较小的流动损失为飞机带来较低的流动阻力，避免了飞行过程中尾杆和喷雾环给飞机带来的附加力矩。

19、优点四：由于同一雾化喷嘴在不同水压下喷出的液滴直径变化范围有限，若在喷雾环上只安装一种雾化喷嘴，喷出的液滴直径范围并不能覆盖试验要求(30～200μm)。因此本专利在喷雾环上安装两种雾化喷嘴，两种雾化喷嘴均能单独控制，每种雾化喷嘴可以喷出不同直径的雾化液滴，冰晶直径覆盖范围更广，更接近真实冰晶气象条件下的冰晶直径。同时，由于两种雾化喷嘴能够单独控制，这样在同一飞行架次中，就可以模拟多种不同直径冰晶，避免了为了模拟不同直径冰晶而需要地面更换雾化喷嘴的麻烦，达到了节约飞行架次的目的。

技术特征：

1.一种用于航空发动机冰晶结冰试飞的空中制备冰晶装置，其特征在于，包括：运载飞机(1)、机载水箱(5)、增压装置(10)、输水管路(6)、喷雾系统、控制系统；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，喷雾系统包括：尾杆(2)、喷雾环(3)、雾化喷嘴(4)；

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，机载水箱(5)内设置有水箱水温探测器(9)，水箱水温探测器(9)用于感应机载水箱(5)的温度，并将该温度发送给控制系统，水箱加温系统(8)用于在控制系统的控制下对机载水箱进行加温降温。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该装置还包括：液压铰链(7)，

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该装置还包括：喷雾环(3)内设置的喷雾环水温探测器，用于测量喷水环内水的温度，喷水环内水的温度可通过水箱加温系统进行调节，以确保喷雾环喷出的水滴能够形成满足需求的冰晶。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，尾杆(2)和喷雾环(3)的横截面都为横放式水滴形状，根据数值模拟结果，该构型具有较小的流体阻力。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，喷雾环(4)由内圈、中圈、外圈三个环形管路组成，喷雾环的三个环形管路上布置两种雾化喷嘴，分别为a雾化喷嘴和b雾化喷嘴，其中内圈上布置8个a雾化喷嘴和8个b雾化喷嘴，中圈上布置12个a雾化喷嘴和12个b雾化喷嘴，外圈内圈上布置16个a雾化喷嘴和16个b雾化喷嘴。

8.一种试验方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明涉及用于发动机冰晶结冰试飞的空中制备冰晶装置及试验方法，属于高空飞行条件下冰晶制备领域。装置包括：运载飞机、机载水箱、增压装置、输水管路、喷雾系统、控制系统；其中，运载飞机内安装有机载水箱，增压装置设置于机载水箱与喷雾系统之间的输水管路上，用于为流经的水进行增压，增压后的水由喷雾系统喷出形成细小的水雾，水雾在高空低温的环境下凝结成冰晶，控制系统用于控制尾杆位置调节、加温装置加温和增压装置增压。该装置为高空飞行条件下航空发动机叶片冰晶结冰试验提供了一种冰晶制造生成技术，能够为相关试验制造出尺寸、含量等符合试验要求的冰晶，并用于冰晶结冰试验研究。技术研发人员：田晓平,薛文鹏,李丽,吴悠,刘雨,王定奇受保护的技术使用者：中国飞行试验研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/13