專利名稱：環(huán)保無制冷冰風洞的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種冰風洞，尤其涉及一種利用自然冷氣作為氣源的結冰風洞。屬于航空實驗空氣動力學等航空實驗技術領域。
背景技術：
作為當今空氣動力學試驗研究方法中的一種工具，在氣動力研究和飛行器氣動設計中一直起著非常重要的作用?？諝鈩恿W的許多重要理論，都是在風洞試驗中經過大量觀測試驗后才提出來的，并且它們的應用又得到了風洞試驗的驗證。在飛行器的研制和發(fā)展中，風洞的作用就更明顯了。有許多航空器(或工業(yè)建筑等)設計的新方法和新理論都是先在風洞中進行大量的試驗后才運用到以后的設計中去的。由此可見，風洞在試驗中性能的好壞將決定著許多問題的解決與否，對理論和設計方面都有著重要意義。而評價風洞優(yōu)劣的一個重要指標就是風洞的壓力損失系數(shù)。風洞的壓力損失系數(shù)決定了一個風洞建設和運轉的經濟性，以及風洞能達到的最大風速范圍。因此，對風洞流路壓力損失系數(shù)的研究是在風洞設計前的一項重要工作，也是風洞使用中進一步改進的依據(jù)之一。結冰風洞是一種性能復雜的大型特種風洞，結冰風洞是一種特種風洞，是研究飛機在結冰氣象條件下飛行時，不同部件迎風表面和探測儀器的機外傳感部分的結冰形態(tài)、結冰容限及其防(除)冰技術的地面試驗設備。實踐表明，飛機結冰是飛機安全飛行的致命弱點之一，在世界軍、民用飛機失事案例中占60%以上。西方發(fā)達國家建成十余座這種風洞，而我國尚屬空白；早在上世紀70年代初，我國風洞人就開始搜集資料，對結冰風洞進行探索性研究。由于飛機在高空要受到冷口氣水蒸氣等多種氣體的影響，有時由于溫度過低飛機機翼面會結冰，這就是要制作冰風洞的主要原因。在飛機設計階段，通過結冰風洞試驗，可取得防(除)冰設計所必需的數(shù)據(jù)，即通過確定飛機各部件結冰形態(tài)的試驗，以確定結冰的冰形及其結冰區(qū)、結冰量和結冰速率，從而確定結冰容限及必須防冰的表面，為飛機防(除)冰提供安全設計的依據(jù)，確定防(除)冰系統(tǒng)的方案形式及最小需用功率。飛機防(除)冰系統(tǒng)完成設計和研制后，可在結冰風洞進行驗證試驗，即在結冰狀態(tài)檢查系統(tǒng)防(除)冰功能，判斷設計的正確性、合理性，并對飛機結冰探測儀器進行驗證試驗。通過結冰風洞還可以進行飛機結冰機理和模擬方法或縮尺定律的試驗研究，為確定縮尺模擬準則和發(fā)展數(shù)值計算方法提供依據(jù)；進行飛機防冰新概念和新型防(除)冰技術研究，可大大促進飛機防冰技術的發(fā)展。結冰風洞試驗最重要的內容，是確定飛機的防(除)冰設計所需要的臨界冰型和結冰區(qū)的范圍，而要將臨界冰做成模型貼在飛機模型上進行風洞氣動力試驗，還要根據(jù)結冰對飛機性能的影響程度，確定該表面是否需要防(除)冰；對于確定的防冰區(qū)也要根據(jù)結冰的情況，來把握防冰的有效性和除冰時機等，因此，深入開展新概念新技術研究十分有益。目前國內風洞的建設大規(guī)模興起，基本上主要用于:一生產性風洞；二教學科學研究。對于生產性風洞要求風洞建設具有實際的實驗應用價值，雖然建造費用比較高，但使用率也很高，因此該類風洞的資金回報率也是相當高。而對于科研及教學風洞而言，一般是針對研究課題和學生實驗而建造，在科研課題完成階段性成果后和教學完畢后，一般風洞都會空鉻，等待又一輪的課題經費，因此此類風洞使用上還是很有限的。風洞的經濟成本，在建設一般冰風洞時成本，由于制冷設備，除冰設備以及特殊的換氣結構等特殊要求，勢必在設備的建造乃至其它各方面成本上升。
發(fā)明內容本實用新型為了解決目前建設一般冰風洞時，需要配備制冷設備、除冰設備以及特殊的換氣結構等設備才能達到所需的條件，其成本高，而且有一部分風洞通常是為教學中課題實驗而建造，存在課題完成后與下一課題間，會出現(xiàn)風洞空鉻，使風洞利用率相對較低而造成資源浪費大等技術問題，提供了一種直接利用自然資源，轉化為我們實驗所需條件的一種環(huán)保無制冷冰風洞，它包括洞體，所述洞體鉻于室內，冷空氣進口經墻壁伸出室外；所述風洞冷空氣進口伸進室內的一端連接在拐角段上；所述拐角段的另一端與過渡段的一端連接；所述過渡段與動力段的一端連接；所述動力段的另一端與擴散段的一端連接；所述擴散段的另一端與穩(wěn)定段的一端連接；所述穩(wěn)定段的另一端與收縮段的一端連接；所述收縮段的另一端連接在試驗段上；在所述穩(wěn)定段上靠近出口端處設有噴霧口。本實用新型的特點及有益效果:本實用新型采用北方冬季自然冷氣作為冷氣源，北方處于零下氣溫的情況大約有4到5個月的時間，因此風洞一年中有4到5個月可以進行結冰實驗。雖然風洞使用受季節(jié)限制，但是節(jié)省了大量的投入資金，并且使用自然冷氣不消耗因制冷而帶來的電能消耗，在目前能源緊張的情況下，節(jié)省了大量的能源，是冰風洞中的綠色風洞。同時風洞建造成本將大大的減少。由于風洞吸氣裝鉻在外抽取冷空氣，而主體部分都是在室內，因此在風洞不長時間開車情況下，完全可以保證風洞的各部件和實驗測試設備在正常的工作溫度范圍內。再不必擔心風洞的回流、風洞壁的結冰以及用加熱器和導流葉片等維持各種設施的正常狀態(tài)等問題，解除了后顧之憂，也降低了建造及維護成本。

圖1是本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
參看圖1，環(huán)保無制冷冰風洞，它包括洞體，所述洞體鉻于室內，冷空氣進口 I經墻壁3伸出室外；所述風洞冷空氣進口 I伸進室內的一端連接在拐角段2上；所述拐角段2的另一端與過渡段4的一端連接；所述過渡段4與動力段5的一端連接；所述動力段5的另一端與擴散段6的一端連接；所述擴散段6的另一端與穩(wěn)定段7的一端連接；所述穩(wěn)定段7的另一端與收縮段9的一端連接；所述收縮段9的另一端連接在試驗段10上；在所述穩(wěn)定段7上靠近出口端處設有噴霧口 8。所述冷空氣進口 I的洞體部分與墻壁3緊密貼合。所述風洞冷空氣進口 I的尺寸為800mm*800mm。[0016]工作原理利用冬季自然冷氣作為冰風洞的冷氣源。北方冬季，氣溫一般在零下10-30°C之間，當風洞動力系統(tǒng)運行后，冷空氣被抽吸進來，在穩(wěn)定段下游安裝噴水系統(tǒng)，水與冷空氣進行了摻混，液態(tài)水滴遇到冷空氣后變?yōu)檫^冷水，過冷水打到試驗件上時，水滴立刻粘結到試驗件表面，形成冰晶，大量的冰晶結合到一起，在試驗段表面便形成了冰層。因此可以在此條件下測量試驗件結冰積累的性能。實施例安裝時將冷空氣進口 I的一端伸出到室外，直接將冷空氣抽進到風洞中。通過拐角段2、過渡段4、動力段5 (裝有風機)、擴散段6、穩(wěn)定段7、收縮段9到達試驗段10，而在穩(wěn)定段靠近出口端裝有噴射系統(tǒng)，通過噴霧口 8，向試驗件噴霧，使其在剛好到達或者到達一小段時間后立即產生結冰效果。并且在風洞洞體部分基本沒有結冰。在進行實驗時，地點通常選擇在北方(如哈爾濱)的冬季，外界氣溫低于零下甚至達到零下20-30°C，因此在冷空氣方面完全能滿足實驗要求，而在噴水時是否能將水噴到試驗段上進行實驗或者說是考慮噴水噴頭的位鉻是關鍵。下面是一個具體實例。風洞使用地點:哈爾濱農業(yè)大學，風洞冷氣進口尺寸:800mm*800mm，風扇功率功率:1.5KW,風洞實驗段尺寸:400mm*400mm，最大風速:15m/s。風洞連續(xù)工作時間20分鐘，結冰厚度及時間按噴頭噴水流量確定。風洞在室內組裝完畢，然后把冷空氣進口 I放到室外。要求墻壁3與洞體緊密貼合，防止屋外冷氣進入實驗室。在穩(wěn)定段出口安裝噴霧系統(tǒng)。
權利要求1.環(huán)保無制冷冰風洞，它包括洞體，所述洞體置于室內，冷空氣進口(I)經墻壁(3)伸出室外；其特征在于:所述風洞冷空氣進口(I)伸進室內的一端連接在拐角段(2)上；所述拐角段(2)的另一端與過渡段(4)的一端連接；所述過渡段(4)與動力段(5)的一端連接；所述動力段(5)的另一端與擴散段(6)的一端連接；所述擴散段(6)的另一端與穩(wěn)定段(7)的一端連接；所述穩(wěn)定段(7)的另一端與收縮段(9)的一端連接；所述收縮段(9)的另一端連接在試驗段(10)上；在所述穩(wěn)定段(7)上靠近出口端處設有噴霧口(8)。
2.根據(jù)權利要求1所述環(huán)保無制冷冰風洞，其特征在于:所述冷空氣進口(I)的洞體部分與墻壁(3)緊密貼合。
3.根據(jù)權利要求1所述環(huán)保無制冷冰風洞，其特征在于:所述風洞冷空氣進口(I)的尺寸為 SOOmnpiiSOOmm。
專利摘要環(huán)保無制冷冰風洞，是為解決由于資金不足和建設冰風洞造價昂貴的技術問題而設計的。該風洞洞體置于室內，冷空氣進口經墻壁伸出室外；風洞冷空氣進口伸進室內的一端依次通過拐角段、過渡段、動力段、擴散段、穩(wěn)定段及收縮段連接在試驗段上；在所述穩(wěn)定段上靠近出口端處設有噴霧口。有益效果利用冬季自然冷氣的自然綠色資源,作為冰風洞的冷氣源,降低能源的使用量，每小時僅用1.5KW的能量消耗，就可完成飛機機翼結冰的實驗研究及其它室外結冰構件的實驗。由于節(jié)省了大量的能源，是冰風洞中的綠色風洞。且不必擔心傳統(tǒng)風洞因風洞的回流、風洞壁的結冰及用加熱器和導流葉片等維持各種設施的正常狀態(tài)等各種問題，解除了后顧之憂，也降低了建造及維護成本。
文檔編號G01M9/02GK202994427SQ201220639798
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權日2012年11月27日
發(fā)明者李國文, 朱建勇 申請人:沈陽航空航天大學