CN114152402B - 一种风洞试验水含量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于风洞试验领域，具体涉及一种风洞试验水含量测量装置。包括探头和支撑立柱，还包括整流板和电加热膜，所述整流板设置在探头和支撑立柱之间，所述整流板向远离探头和支撑立柱的方向延伸；所述电加热膜包覆在整流板上。本发明解决支撑立柱结冰对探头前缘周围流场的影响，改善探头测量误差的问题。

Description

一种风洞试验水含量测量装置

技术领域

本发明属于风洞试验领域，具体涉及一种风洞试验水含量测量装置。

背景技术

飞机在低于冰点的温度下飞行时，如果遇到含有过冷水滴的云层，云层中的水滴撞击在飞机表面上，就会导致结冰。飞机结冰是飞行实践中广泛存在的一种现象，也是造成飞行安全事故的主要隐患之一。结冰会改变飞机的绕流流场，导致部件载荷分布发生变化，从而破坏空气动力学性能，影响飞机的操纵性和稳定性，危害飞行安全，轻者会使安全飞行范围减小，重者会导致机毁人亡的严重事故。

结冰风洞是研究飞机结冰和防除冰问题的必须的设备，结冰风洞试验是验证飞机防除冰***是否有效的重要方法之一。相较与常规风洞，结冰风洞含有两个特殊的***，一是制冷***，可以将温度降低到结冰温度，二是喷雾***，可以产生微米级的水滴。结冰风洞需要多***协同工作，涉及参数很多，所以准确测量云雾场参数对提高结冰风洞试验能力有着重要意义。

液态水含量（Liquid Water Content，简写为LWC）是指单位体积的空气中所含有的液态水的质量，是影响结冰形状和结冰类型的重要结冰云雾参数，直接影响结冰的严重程度。液态水含量的测量方法主要包括：探头测量法、热线测量法、粒径测量/计数测量法、超声波测量方法以及冰生长测量方法。结冰风洞中液态水含量测量通常使用探头进行测量，使用中需要在探头下部设置支撑立柱以支撑和固定探头；但是探头尺寸较小，且支撑立柱具有一定的体积，若支撑立柱结冰就会影响探头周围流场，导致探头测得的液态水含量偏小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风洞水含量测量装置，以解决支撑立柱结冰对探头前缘周围流畅的影响，降低探头的测量误差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供了一种风洞试验水含量测量装置，包括探头和支撑立柱，还包括整流板和电加热膜，所述整流板设置在探头和支撑立柱之间，所述整流板向远离探头和支撑立柱的方向延伸；所述电加热膜包覆在整流板上。

在结冰风洞试验中，支撑立柱会结冰，结冰的支撑立柱会影响探头的测量值；发明人在做出发明创造的过程中，在支撑立柱上加电加热膜的方式防止支撑立柱结冰，但是由于支撑立柱太大，迎风面宽，所以加热功率不高，单位面积的温升就很低，那就无法防止支撑立柱结冰；如果要达到防止支撑立柱结冰的效果，就需要用电加热膜将支撑立柱全部包裹，且支撑立柱每平方厘米需要的功率在0.5W以上，整个支撑立柱需要功率将近5000W，如果要满足该功率标准，则供电线非常的粗，而支撑立柱的空间有限无法容纳供电线，要容纳供电线就需要更大的立柱，而更大的立柱需要的功率也会更大；所以一直无法解决该技术问题。

经过发明人的创造性劳动，发明人在支撑立柱和探头之间设置整流板，避免了支撑立柱对探头周围流场的影响；而整流板本身也会影响流场，所以将整流板向远离探头和支撑立柱的方向延伸（即：使位于迎风面一侧的整流板端部与探头具有一定的距离，让被整流板端部前缘扰乱的流场有个恢复的空间），来消除整流板自身对流场的影响；同时整流板的迎风端前缘端部也会结冰，也会对流场产生影响，所以在整流板上包覆上电加热膜，通过电加热膜加热避免整流板结冰，使探头测得的水含量精确度更高。

进一步的，所述电加热膜的包覆方式为：从靠近探头一端的整流板开始向远离探头一端的整流板包覆，再从远离探头一端向靠近探头的一端整流板包覆。在使用过程中整流板的延伸端需要迎风设置，通过所述方式包覆电加热膜，能够避免气流对电加热膜造成影响，防止电加热膜被风吹撕裂开。

进一步的，所述电加热膜的电热丝排布在所述整流板延伸端。因为整流板的迎风端端部前缘易结冰，所以将电热丝排布在整流板延伸端，能够更好的防止整流板端部前缘结冰，且能够降低电能的损耗，降低成本。

进一步的，所述整流板的延伸端的上表面上的电加热膜和下表面的电加热膜上的电热丝对称设置。对整流板具有更好的加热效果。

进一步的，还包括铜制均热板，所述铜制均热板设置在电加热膜上。电加热膜上的电加热丝之间具有一定的间隙，会存在温度不均匀的问题；将铜制均热板设置在电加热膜上，能够使温度均匀。

进一步的，所述铜制均热板包覆在整流板延伸端端部的电加热膜上。因为在使用时整流板延伸端端部迎风，整流板延伸端端部前缘更易结冰，铜制均热板设置在整流板延伸端端部，使整流板延伸端端部得温度更加均匀，防冰效果更好。

进一步的，所述铜制均热板包覆方式为：从整流板延伸端端部上表面开始向整流板延伸端端部下表面包覆。与电加热膜的包覆方式同理，同样也具有防止铜制均热板被风吹撕裂开的优点。

进一步的，还包括控制***，所述控制***包括温度控制器和热电偶，所述热电偶用于检测整流板上的温度，所述温度控制器控制电加热膜。控制***能够实现温度的自动化控制，更加智能方便。

进一步的，所述整流板延伸端端部前缘到探头的距离是探头长度的2-4倍。此时整流板具有最佳的整流效果。

进一步的，所述整流板延伸端端部前缘设置有向下的斜切面。如果整流板端部前缘是立面，会使整流板上下表面形成涡流，设置斜切面具有整流的效果，降低整流板对流场的影响，使探头测得的结果更加精确。

采用上述技术方案，本发明包括如下优点：

本发明通过设置整流板和电加热膜解决了支撑立柱结冰对探头周围流场的影响，使探头测得的水含量更精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明风洞试验水含量测量装置的结构示意图一；

图2为图1的局部示意图；

图3为本发明风洞试验水含量测量装置的结构示意图二；

图4为图3的局部示意图；

图5为电加热膜的结构示意图；

图6为本发明风洞试验水含量测量装置的结构示意图三；

图7为图6的局部示意图；

附图中：10、探头，20、支撑立柱，30、整流板，31、斜切面，40、电加热膜，41、电热丝，50、铜制均热板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2、图3、图4、图6所示，本实施例提供了一种风洞试验水含量测量装置，包括探头10和支撑立柱20，还包括整流板30和电加热膜40，所述整流板30设置在探头10和支撑立柱20之间，所述整流板30向远离探头10和支撑立柱20的方向延伸；所述电加热膜40包覆在整流板30上。

在结冰风洞试验中，支撑立柱20会结冰，结冰的支撑立柱20会影响探头10的测量值；发明人在做出发明创造的过程中，在支撑立柱20上加电加热膜40的方式防止支撑立柱20结冰，但是由于支撑立柱20太大，迎风面宽，所以加热功率不高，单位面积的温升就很低，那就无法防止支撑立柱20结冰；如果要达到防止支撑立柱20结冰的效果，就需要用电加热膜40将支撑立柱20全部包裹，且支撑立柱20每平方厘米需要的功率在0.5W以上，整个支撑立柱20需要功率将近5000W，如果要满足该功率标准，则供电线非常的粗，而支撑立柱20的空间有限无法容纳供电线，要容纳供电线就需要更大的立柱，而更大的立柱需要的功率也会更大；所以一直无法解决该技术问题。

经过发明人的创造性劳动，发明人在支撑立柱20和探头10之间设置整流板30，避免了支撑立柱20对探头10周围流场的影响；而整流板30本身也会影响流场，所以将整流板30向远离探头10和支撑立柱20的方向延伸（即：使位于迎风面一侧的整流板30端部与探头10具有一定的距离，让被整流板30端部前缘扰乱的流场有个恢复的空间），来消除整流板30自身对流场的影响；同时整流板30的迎风端前缘端部也会结冰，也会对流场产生影响，所以在整流板30上包覆上电加热膜40，通过电加热膜40加热避免整流板30结冰，使探头10测得的水含量精确度更高。

在一些实施例中整流板30的尺寸大小为400*200*11。需要说明的是，整流板30的尺寸大小的选型并不限于本实施例提供的方式。

进一步的，所述电加热膜40的包覆方式为：从靠近探头10一端的整流板30开始向远离探头10一端的整流板30包覆，再从远离探头10一端向靠近探头10的一端整流板30包覆。在使用过程中整流板30的延伸端需要迎风设置，通过所述方式包覆电加热膜40，能够避免气流对电加热膜40造成影响，防止电加热膜40被风吹撕裂开。

当然电加热膜40可以是一整张包覆在整流板30上，具体可以包括如上所述的包覆方式，但不限于该包覆方式；电加热膜40也可以是多张，分别粘贴在整流板30的上下表面。需要说明的是，不管是哪种包覆方式都要保证整流板30延伸端端部上下表面都有电加热膜40且电加热膜上有电加热丝，对于整流板30的其他位置可以包覆电加热膜40也可以不设置电加热膜40。

进一步的，如图2所示，用一张所述电加热膜40包覆在整流板30上，从靠近探头10一端的整流板30开始向远离探头10一端的整流板30包覆，再从远离探头10一端向靠近探头10的一端整流板30包覆。因为整流板30一般置于风速大于80m/s的风洞环境中，电加热膜40被风吹撕裂开，故将电加热膜40设计为前缘包覆一体式，将供电线和粘贴缝隙全部置于整流端板后部或下部，防止气流对其造成损害。

进一步的，所述电加热膜40的电热丝41排布在所述整流板30延伸端。因为整流板30的迎风端端部前缘易结冰，所以将电热丝41排布在整流板30延伸端，能够更好的防止整流板30端部前缘结冰，且能够降低电能的损耗，降低成本。

在一些实施例中电加热膜40可选择：额定电压24v，电阻值约1.5欧姆，电加热膜40本体材料为聚酰亚胺，膜厚度约为0.2mm（含背面3M耐高温双面胶），电热丝41的材料为镍铬铂合；通过耐高温双面胶将电加热膜40贴在整流板30上。需要说明的是，电加热膜40的选型并不限于本实施例提供的方式。

进一步的，如图5所示，所述整流板30的延伸端的上表面上的电加热膜40和下表面的电加热膜40上的电热丝41对称设置。对整流板30具有更好的加热效果。

如图6、图7所示，进一步的，还包括铜制均热板50，所述铜制均热板50设置在电加热膜40上。电加热膜40上的电加热丝之间具有一定的间隙，会存在温度不均匀的问题；将铜制均热板50设置在电加热膜40上，能够使温度均匀。

进一步的，所述铜制均热板50包覆在整流板30延伸端端部的电加热膜40上。因为在使用时整流板30延伸端端部迎风，整流板30延伸端端部前缘更易结冰，铜制均热板50设置在整流板30延伸端端部，使整流板30延伸端端部得温度更加均匀，防冰效果更好。

进一步的，所述铜制均热板50包覆方式为：从整流板30延伸端端部上表面开始向整流板30延伸端端部下表面包覆。与电加热膜40的包覆方式同理，同样也具有防止铜制均热板50被风吹撕裂开的优点。

在一些实施例中的铜制均热板50可选择：材质为紫铜，尺寸为200mm*210mm，厚度为1mm；铜制均热板50通过双面胶粘贴在电加热膜40上，具体粘接方法为：在电加热膜40电热丝41之间的空隙处粘贴双面胶，在电热丝41上面涂抹导热系数不小于5W/m.k的导热硅脂（本实施例选用的是Arctic mx-4导热硅脂），然后将铜制均热板50与电加热膜40紧紧贴合并稍微加热，使导热硅脂受热成为流动态后在铜制均热板50下均匀分布，提高铜制均热板50与电加热膜40之间的导热性能，确保热量能够及时传导到铜制均热板50上。需要说明的是，铜制均热板50的选型并不限于本实施例提供的方式。

进一步的，还包括控制***，所述控制***包括温度控制器和热电偶，所述热电偶用于检测整流板30上的温度，所述温度控制器控制电加热膜40。控制***能够实现温度的自动化控制，更加智能方便。

在一些实施例中热电偶和温度控制器可选择：使用K型热电偶、开关式温度控制器，热电偶及温控器均为现有产品，可直接购买使用。需要说明的是，热电偶和温度控制器的选型并不限于本实施例提供的方式。

进一步的，所述整流板30延伸端端部前缘到探头10的距离是探头10长度的2-4倍。此时整流板30具有最佳的整流效果。

进一步的，所述整流板30延伸端端部前缘设置有向下的斜切面31。如果整流板30端部前缘是立面，会使整流板30上下表面形成涡流，设置斜切面31具有整流的效果，降低整流板30对流场的影响，使探头10测得的结果更加精确。

进一步的，所述热电偶设置在斜切面31的中心处，使热电偶测得的温度更加准确。

以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风洞试验水含量测量装置，包括探头（10）和支撑立柱（20），其特征在于：还包括整流板（30）和电加热膜（40），所述整流板（30）设置在探头（10）和支撑立柱（20）之间，所述整流板（30）向远离探头（10）和支撑立柱（20）的方向延伸，使位于迎风面一侧的整流板（30）端部与探头（10）具有一定距离；所述电加热膜（40）包覆在整流板（30）上，所述电加热膜（40）的电热丝排布在所述整流板（30）延伸端，所述整流板（30）延伸端端部前缘设置有向下的斜切面（31）。

2.如权利要求1所述的一种风洞试验水含量测量装置，其特征在于：所述电加热膜（40）的包覆方式为：从靠近探头（10）一端的整流板（30）开始向远离探头（10）一端的整流板（30）包覆，再从远离探头（10）一端向靠近探头（10）的一端整流板（30）包覆。

3.如权利要求2所述的一种风洞试验水含量测量装置，其特征在于：所述电加热膜（40）的电热丝（41）排布在所述整流板（30）延伸端。

4.如权利要求2或3所述的一种风洞试验水含量测量装置，其特征在于：所述整流板（30）的延伸端的上表面上的电加热膜（40）和下表面的电加热膜（40）上的电热丝（41）对称设置。

5.如权利要求1所述的一种风洞试验水含量测量装置，其特征在于：还包括铜制均热板（50），所述铜制均热板（50）设置在电加热膜（40）上。

6.如权利要求5所述的一种风洞试验水含量测量装置，其特征在于：所述铜制均热板（50）包覆在整流板（30）延伸端端部的电加热膜（40）上。

7.如权利要求6所述的一种风洞试验水含量测量装置，其特征在于：所述铜制均热板（50）包覆方式为：从整流板（30）延伸端端部上表面开始向整流板（30）延伸端端部下表面包覆。

8.如权利要求1或5所述的一种风洞试验水含量测量装置，其特征在于：还包括控制***，所述控制***包括温度控制器和热电偶，所述热电偶用于检测整流板（30）上的温度，所述温度控制器控制电加热膜（40）。

9.如权利要求1所述的一种风洞试验水含量测量装置，其特征在于：所述整流板（30）延伸端端部前缘到探头（10）的距离是探头（10）长度的2-4倍。

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