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专利名称：环保无制冷冰风洞的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种冰风洞，尤其涉及一种利用自然冷气作为气源的结冰风洞。属于航空实验空气动力学等航空实验技术领域。
背景技术：
作为当今空气动力学试验研究方法中的一种工具，在气动力研究和飞行器气动设计中一直起着非常重要的作用。空气动力学的许多重要理论，都是在风洞试验中经过大量观测试验后才提出来的，并且它们的应用又得到了风洞试验的验证。在飞行器的研制和发展中，风洞的作用就更明显了。有许多航空器(或工业建筑等)设计的新方法和新理论都是先在风洞中进行大量的试验后才运用到以后的设计中去的。由此可见，风洞在试验中性能的好坏将决定着许多问题的解决与否，对理论和设计方面都有着重要意义。而评价风洞优劣的一个重要指标就是风洞的压力损失系数。风洞的压力损失系数决定了一个风洞建设和运转的经济性，以及风洞能达到的最大风速范围。因此，对风洞流路压力损失系数的研究是在风洞设计前的一项重要工作，也是风洞使用中进一步改进的依据之一。结冰风洞是一种性能复杂的大型特种风洞，结冰风洞是一种特种风洞，是研究飞机在结冰气象条件下飞行时，不同部件迎风表面和探测仪器的机外传感部分的结冰形态、结冰容限及其防(除)冰技术的地面试验设备。实践表明，飞机结冰是飞机安全飞行的致命弱点之一，在世界军、民用飞机失事案例中占60%以上。西方发达国家建成十余座这种风洞，而我国尚属空白；早在上世纪70年代初，我国风洞人就开始搜集资料，对结冰风洞进行探索性研究。由于飞机在高空要受到冷口气水蒸气等多种气体的影响，有时由于温度过低飞机机翼面会结冰，这就是要制作冰风洞的主要原因。在飞机设计阶段，通过结冰风洞试验，可取得防(除)冰设计所必需的数据，即通过确定飞机各部件结冰形态的试验，以确定结冰的冰形及其结冰区、结冰量和结冰速率，从而确定结冰容限及必须防冰的表面，为飞机防(除)冰提供安全设计的依据，确定防(除)冰系统的方案形式及最小需用功率。飞机防(除)冰系统完成设计和研制后，可在结冰风洞进行验证试验，即在结冰状态检查系统防(除)冰功能，判断设计的正确性、合理性，并对飞机结冰探测仪器进行验证试验。通过结冰风洞还可以进行飞机结冰机理和模拟方法或缩尺定律的试验研究，为确定缩尺模拟准则和发展数值计算方法提供依据；进行飞机防冰新概念和新型防(除)冰技术研究，可大大促进飞机防冰技术的发展。结冰风洞试验最重要的内容，是确定飞机的防(除)冰设计所需要的临界冰型和结冰区的范围，而要将临界冰做成模型贴在飞机模型上进行风洞气动力试验，还要根据结冰对飞机性能的影响程度，确定该表面是否需要防(除)冰；对于确定的防冰区也要根据结冰的情况，来把握防冰的有效性和除冰时机等，因此，深入开展新概念新技术研究十分有益。目前国内风洞的建设大规模兴起，基本上主要用于:一生产性风洞；二教学科学研究。对于生产性风洞要求风洞建设具有实际的实验应用价值，虽然建造费用比较高，但使用率也很高，因此该类风洞的资金回报率也是相当高。而对于科研及教学风洞而言，一般是针对研究课题和学生实验而建造，在科研课题完成阶段性成果后和教学完毕后，一般风洞都会空铬，等待又一轮的课题经费，因此此类风洞使用上还是很有限的。风洞的经济成本，在建设一般冰风洞时成本，由于制冷设备，除冰设备以及特殊的换气结构等特殊要求，势必在设备的建造乃至其它各方面成本上升。
发明内容本实用新型为了解决目前建设一般冰风洞时，需要配备制冷设备、除冰设备以及特殊的换气结构等设备才能达到所需的条件，其成本高，而且有一部分风洞通常是为教学中课题实验而建造，存在课题完成后与下一课题间，会出现风洞空铬，使风洞利用率相对较低而造成资源浪费大等技术问题，提供了一种直接利用自然资源，转化为我们实验所需条件的一种环保无制冷冰风洞，它包括洞体，所述洞体铬于室内，冷空气进口经墙壁伸出室外；所述风洞冷空气进口伸进室内的一端连接在拐角段上；所述拐角段的另一端与过渡段的一端连接；所述过渡段与动力段的一端连接；所述动力段的另一端与扩散段的一端连接；所述扩散段的另一端与稳定段的一端连接；所述稳定段的另一端与收缩段的一端连接；所述收缩段的另一端连接在试验段上；在所述稳定段上靠近出口端处设有喷雾口。本实用新型的特点及有益效果:本实用新型采用北方冬季自然冷气作为冷气源，北方处于零下气温的情况大约有4到5个月的时间，因此风洞一年中有4到5个月可以进行结冰实验。虽然风洞使用受季节限制，但是节省了大量的投入资金，并且使用自然冷气不消耗因制冷而带来的电能消耗，在目前能源紧张的情况下，节省了大量的能源，是冰风洞中的绿色风洞。同时风洞建造成本将大大的减少。由于风洞吸气装铬在外抽取冷空气，而主体部分都是在室内，因此在风洞不长时间开车情况下，完全可以保证风洞的各部件和实验测试设备在正常的工作温度范围内。再不必担心风洞的回流、风洞壁的结冰以及用加热器和导流叶片等维持各种设施的正常状态等问题，解除了后顾之忧，也降低了建造及维护成本。

图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
参看图1，环保无制冷冰风洞，它包括洞体，所述洞体铬于室内，冷空气进口 I经墙壁3伸出室外；所述风洞冷空气进口 I伸进室内的一端连接在拐角段2上；所述拐角段2的另一端与过渡段4的一端连接；所述过渡段4与动力段5的一端连接；所述动力段5的另一端与扩散段6的一端连接；所述扩散段6的另一端与稳定段7的一端连接；所述稳定段7的另一端与收缩段9的一端连接；所述收缩段9的另一端连接在试验段10上；在所述稳定段7上靠近出口端处设有喷雾口 8。所述冷空气进口 I的洞体部分与墙壁3紧密贴合。所述风洞冷空气进口 I的尺寸为800mm*800mm。[0016]工作原理利用冬季自然冷气作为冰风洞的冷气源。北方冬季，气温一般在零下10-30°C之间，当风洞动力系统运行后，冷空气被抽吸进来，在稳定段下游安装喷水系统，水与冷空气进行了掺混，液态水滴遇到冷空气后变为过冷水，过冷水打到试验件上时，水滴立刻粘结到试验件表面，形成冰晶，大量的冰晶结合到一起，在试验段表面便形成了冰层。因此可以在此条件下测量试验件结冰积累的性能。实施例安装时将冷空气进口 I的一端伸出到室外，直接将冷空气抽进到风洞中。通过拐角段2、过渡段4、动力段5 (装有风机)、扩散段6、稳定段7、收缩段9到达试验段10，而在稳定段靠近出口端装有喷射系统，通过喷雾口 8，向试验件喷雾，使其在刚好到达或者到达一小段时间后立即产生结冰效果。并且在风洞洞体部分基本没有结冰。在进行实验时，地点通常选择在北方(如哈尔滨)的冬季，外界气温低于零下甚至达到零下20-30°C，因此在冷空气方面完全能满足实验要求，而在喷水时是否能将水喷到试验段上进行实验或者说是考虑喷水喷头的位铬是关键。下面是一个具体实例。风洞使用地点:哈尔滨农业大学，风洞冷气进口尺寸:800mm*800mm，风扇功率功率:1.5KW,风洞实验段尺寸:400mm*400mm，最大风速:15m/s。风洞连续工作时间20分钟，结冰厚度及时间按喷头喷水流量确定。风洞在室内组装完毕，然后把冷空气进口 I放到室外。要求墙壁3与洞体紧密贴合，防止屋外冷气进入实验室。在稳定段出口安装喷雾系统。
权利要求1.环保无制冷冰风洞，它包括洞体，所述洞体置于室内，冷空气进口(I)经墙壁(3)伸出室外；其特征在于:所述风洞冷空气进口(I)伸进室内的一端连接在拐角段(2)上；所述拐角段(2)的另一端与过渡段(4)的一端连接；所述过渡段(4)与动力段(5)的一端连接；所述动力段(5)的另一端与扩散段(6)的一端连接；所述扩散段(6)的另一端与稳定段(7)的一端连接；所述稳定段(7)的另一端与收缩段(9)的一端连接；所述收缩段(9)的另一端连接在试验段(10)上；在所述稳定段(7)上靠近出口端处设有喷雾口(8)。
2.根据权利要求1所述环保无制冷冰风洞，其特征在于:所述冷空气进口(I)的洞体部分与墙壁(3)紧密贴合。
3.根据权利要求1所述环保无制冷冰风洞，其特征在于:所述风洞冷空气进口(I)的尺寸为 SOOmnpiiSOOmm。
专利摘要环保无制冷冰风洞，是为解决由于资金不足和建设冰风洞造价昂贵的技术问题而设计的。该风洞洞体置于室内，冷空气进口经墙壁伸出室外；风洞冷空气进口伸进室内的一端依次通过拐角段、过渡段、动力段、扩散段、稳定段及收缩段连接在试验段上；在所述稳定段上靠近出口端处设有喷雾口。有益效果利用冬季自然冷气的自然绿色资源,作为冰风洞的冷气源,降低能源的使用量，每小时仅用1.5KW的能量消耗，就可完成飞机机翼结冰的实验研究及其它室外结冰构件的实验。由于节省了大量的能源，是冰风洞中的绿色风洞。且不必担心传统风洞因风洞的回流、风洞壁的结冰及用加热器和导流叶片等维持各种设施的正常状态等各种问题，解除了后顾之忧，也降低了建造及维护成本。
文档编号G01M9/02GK202994427SQ201220639798
公开日2013年6月12日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者李国文, 朱建勇 申请人:沈阳航空航天大学