一种过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法及系统与流程

本发明涉及航空，具体涉及一种过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法及系统。

背景技术：

1、当飞机在云层中飞行时，云层中的过冷水滴（即温度低于冰点的液态水滴）会不断撞击飞机迎风面，导致其表面发生结冰现象。飞机结冰广泛存在于飞行实践中，并严重威胁飞行安全。

2、结冰风洞是开展飞机结冰研究及飞机部件防除冰系统验证的重要地面试验设备，其在飞机结冰适航审定中扮演着重要角色。结冰云雾环境模拟能力是结冰风洞性能的核心内容。结冰云雾微物理特征的准确测量与评估是结冰风洞准确模拟结冰云雾环境的关键，其中云雾液滴尺寸分布及特征参数是结冰云雾重要的微物理特征之一。液滴尺寸分布定义为云雾内各液滴直径对应的液滴浓度分布，液滴浓度通常包括液滴数量、数密度、液态水含量等参数。体积中值直径定义为累积体积分数为0.5对应的液滴直径，即大于该直径的液滴体积与小于该直径的液滴体积相等，该参数基于液滴尺寸分布计算得到，是结冰云雾重要的微物理特征参数。

3、传统结冰云雾条件，考虑到其具有液滴尺寸范围小、水含量范围大的特征，目前主要结冰风洞均采用单一型号空气辅助雾化喷嘴（该类型喷嘴采用高压空气辅助液体雾化，可以形成尺寸较小的微米量级喷雾颗粒）配套单供水供气系统进行云雾模拟，通过调整喷嘴供水供气压力即可实现喷雾液滴尺寸和喷雾水流量的同步耦合调节。但是对于过冷大水滴结冰云雾条件，其具有液滴直径范围覆盖大（从微米尺度到毫米尺度，跨越三个量级）、明确的双峰型液滴尺寸分布和液态水含量低等特征，因此目前结冰风洞采用的喷雾模拟系统及方法均难以模拟该复杂结冰云雾条件。

技术实现思路

1、本申请要解决的技术问题是提供一种过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法及系统，具有可以更精确地实现冻细雨结冰云雾和/或冻雨结冰云雾模拟的特点。

2、第一方面，一种实施例中提供一种过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法，包括控制模拟冻细雨结冰云雾或冻雨结冰云雾；

3、在进行冻细雨结冰云雾模拟的情况下，基于两个a型喷嘴组成的基本喷嘴单元实现，包括第一a型喷嘴和第二a型喷嘴，该两个a型喷嘴的喷雾角度具有重叠区域；

4、调节该两个a型喷嘴的供水管路压力、供气管路压力、开闭频率及控制占空比实现冻细雨结冰云雾的模拟；

5、在进行冻雨结冰云雾模拟的情况下，基于一个a型喷嘴和一个b型喷嘴组成的基本喷嘴单元实现，包括第三a型喷嘴和b型喷嘴，该第三a型喷嘴和b型喷嘴的喷雾角度具有重叠区域；

6、调节该第三a型喷嘴和b型喷嘴的供水管路压力、供气管路压力、开闭频率及控制占空比实现冻雨结冰云雾的模拟；

7、其中，所述a型喷嘴为双流体型的空气辅助雾化喷嘴，喷雾的最大液滴直径小于500微米；所述b型喷嘴为单流体型的喷嘴，喷雾的最大液滴直径大于或等于500微米；上述任意一个喷嘴上设置有电磁阀，该电磁阀用于控制喷嘴喷雾状态的打开或关闭，所述开闭频率是指电磁阀的开闭频率，所述控制占空比是指电磁阀打开时间区间与开闭周期之比。

8、第二方面，一种实施例中提供一种过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制系统，用于实现上述任意一实施例的过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法，包括：

9、第一供水管路压力调节器，用于调节第一供水管路的压力，且第一供水管路与第一a型喷嘴的液体流道入口连通；

10、第一供气管路压力调节器，用于调节第一供气管路的压力，且第一供气管路与第一a型喷嘴的气体流道入口连通；

11、第二供水管路压力调节器，用于调节第二供水管路的压力，且第二供水管路与第二a型喷嘴的液体流道入口连通；

12、第二供气管路压力调节器，用于调节第二供气管路的压力，且第二供气管路与第二a型喷嘴的气体流道入口连通；

13、第三供水管路压力调节器，用于调节第三供水管路的压力，且第三供水管路与第三a型喷嘴的液体流道入口连通；

14、第三供气管路压力调节器，用于调节第三供气管路的压力，且第三供气管路与第三a型喷嘴的气体流道入口连通；

15、第四供水管路压力调节器，用于调节第四供水管路的压力，且第四供水管路与b型喷嘴的液体流道入口连通；

16、第一脉冲控制器，用于调节第一a型喷嘴中的电磁阀的开闭频率和控制占空比；

17、第二脉冲控制器，用于调节第二a型喷嘴中的电磁阀的开闭频率和控制占空比；

18、第三脉冲控制器，用于调节第三a型喷嘴中的电磁阀的开闭频率和控制占空比；

19、第四脉冲控制器，用于调节b型喷嘴中的电磁阀的开闭频率和控制占空比。

20、本发明的有益效果是：

21、基于占空比的引用，由于基于对各个电磁阀的开闭频率和控制占空比的控制，使得实现了流量和分布的解耦，可以单独调节流量和双峰点的分布，进而可以在模拟双峰点的分布的同时，实现双峰高度的模拟，更好地实现精确地模拟。

技术特征：

1.一种过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法，其特征在于，包括控制模拟冻细雨结冰云雾或冻雨结冰云雾；

2.如权利要求1所述的过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法，其特征在于，包括：在进行冻细雨结冰云雾模拟的情况下，所述冻细雨结冰云雾模拟包括mvd<40μm的冻细雨结冰云雾模拟，所述的调节该两个a型喷嘴的供水管路压力、供气管路压力、开闭频率及控制占空比实现冻细雨结冰云雾的模拟，包括：

3.如权利要求1所述的过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法，其特征在于，包括：在进行冻细雨结冰云雾模拟的情况下，所述冻细雨结冰云雾模拟包括mvd＞40μm的冻细雨结冰云雾模拟，所述的调节该两个a型喷嘴的供水管路压力、供气管路压力、开闭频率及控制占空比实现冻细雨结冰云雾的模拟，包括：

4.如权利要求1所述的过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法，其特征在于，包括：在进行冻雨结冰云雾模拟的情况下，所述冻雨结冰云雾模拟包括mvd<40μm的冻雨结冰云雾模拟，所述的调节该第三a型喷嘴和b型喷嘴的供水管路压力、供气管路压力、开闭频率及控制占空比实现冻雨结冰云雾的模拟，包括：

5.如权利要求1所述的过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法，其特征在于，包括：在进行冻雨结冰云雾模拟的情况下，所述冻雨结冰云雾模拟包括mvd＞40μm的冻雨结冰云雾模拟，所述的调节该第三a型喷嘴和b型喷嘴的供水管路压力、供气管路压力、开闭频率及控制占空比实现冻雨结冰云雾的模拟，包括：

6.如权利要求2到5之一所述的过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法，其特征在于，对于任意一个a型喷嘴，调节a型喷嘴的供水管路压力和供气管路压力，以得到预设的a型喷嘴的喷雾液滴直径，包括：

7.如权利要求2到5之一所述的过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法，其特征在于，对于任意一个a型喷嘴或任意一个b型喷嘴，通过控制喷嘴的开闭频率和控制占空比达到预设的喷雾水流量，包括：

8.一种过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制系统，用于实现如权利要求1到7之一所述的过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制系统，其特征在于，所述第二a型喷嘴和第三a型喷嘴为同一a型喷嘴，所述第一供水管路和第四供水管路为同一供水管路。

10.如权利要求8所述的过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制系统，其特征在于，所述第一脉冲控制器、第二脉冲控制器、第三脉冲控制器和第四脉冲控制器中的至少任意两个为同一脉冲控制器。

技术总结本发明涉及一种过冷大水滴结冰云雾条件模拟控制方法及系统，包括控制模拟冻细雨结冰云雾或冻雨结冰云雾；在进行冻细雨结冰云雾模拟的情况下，基于两个A型喷嘴组成的基本喷嘴单元实现，调节该两个A型喷嘴的供水管路压力、供气管路压力、开闭频率及控制占空比实现冻细雨结冰云雾的模拟；在进行冻雨结冰云雾模拟的情况下，基于一个A型喷嘴和一个B型喷嘴组成的基本喷嘴单元实现，调节该第三A型喷嘴和B型喷嘴的供水管路压力、供气管路压力、开闭频率及控制占空比实现冻雨结冰云雾的模拟。实现了流量和分布的解耦，可以单独调节流量和双峰点的分布，进而可以在模拟双峰点的分布的同时，实现双峰高度的模拟，更好地实现精确地模拟。技术研发人员：郭向东,郭奇灵,陈海,赵荣,王梓旭受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/26