结冰风洞

摘要： 温度是结冰风洞重要的测量参数,"有线式"温度传感器因需长距离布线存在一定局限性,为了提高温度测量的效率,文中设计了一种基于ZigBee技术的结冰风洞温度无线测量系统。温度测量装置采用CC2530驱动Max31865芯片实现对Pt100铂电阻温度信号的采集,通过ZigBee无线网络将温度数据传送给连接到监控主机的协调节点,设计温度采集软件,实现了测温点温度信号的采集、存储与处理,并将该温度测量系统应用于结冰风洞试验中。经实际应用表明,基于ZigBee技术的温度无线测量系统在结冰风洞试验中应用良好,具有较高的测量精度,在-20~0°C范围内的精度可达到0.6°C。

摘要： 目的研究平台环境差异对喷雾液滴粒径造成的影响。方法分别在喷嘴测试台、直流吸气式风洞、闭口回流式结冰风洞等3种测试平台上开展喷雾液滴粒径测量,并将测量结果进行对比分析。结果各平台喷雾d_(MVD)随水气压变化的规律性都较好,d_(MVD)随着水压的增大而增大,随着气压的增大而减小。对于d_(MVD)≤30μm的工况,3种测试平台的d_(MVD)测量结果接近,但粒径分布存在差异。对于d_(MVD)>30μm的工况,直流吸气式风洞和闭口回流式结冰风洞喷雾的d_(MVD)都比喷嘴测试台大,粒径分布向大颗粒方向偏移。结论气流温度、速度、环境湿度、湍流度以及平台构型等环境因素均对喷雾液滴粒径产生影响,多因素耦合作用使得闭口回流式结冰风洞液滴的蒸发、碰撞合并、破碎等行为都更强烈,从而造成了其与喷嘴测试台、直流吸气式风洞喷雾的粒径特性存在差异。

摘要： 为提高结冰风洞的试验效率和流场品质,需建立温度快速预测方法以及提高风洞温度场均匀性。针对结冰风洞换热器出口气流温度建立了基于机器学习的预测模型,为解决真实场景下数据量小的问题,采用变分自编码器(VAE)进行数据增强,后采用遗传算法优化XGBoost方法建立最终的温度预测模型;在此基础上,利用已建立预测模型对风洞温度场均匀性及其影响因素进行了分析。结果表明:通过模型预测的换热器出口气流温度与真实值的平均绝对误差(MAE)约为0.60°C,R^(2)分数约为98.38%;试验风速、模拟高度以及回气压力等工况参数对温度场均匀性均有一定影响。

摘要： 结冰风洞是开展飞行器结冰与防除冰研究的重要基础设施,其制冷系统通过调节压缩机吸气压力实现风洞内气流温度的精确控制,吸气压力控制及降温方式影响着风洞的试验效率。为实现压缩机吸气压力的准确预测,本文采用自适应粒子群算法优化后的支持向量回归(APSO–SVR)建立预测模型;在此基础上,利用多层感知机(MLP)神经网络建立分析模型,研究试验工况参数对风洞降温速率的影响。结果表明:压缩机吸气压力的预测值与试验值的平均绝对百分比误差(EMAP)低于4%,均方误差(E_(MS))低于0.003;影响风洞降温速率的工况参数主要有气流压力、试验风速、压缩机吸气压力和换热器出口初始温度,其中,压缩机吸气压力对降温速率的影响是最显著的。

摘要： 为了实时获取结冰风洞喷雾耙温度场数据,需要采用温度传感器采集温度信号,传统的热电阻式温度传感器需要连接大量长距离线缆,占用大量喷雾耙内部空间;为提高温度场测量的质量效率,对基于分布式光纤测温的结冰风洞喷雾耙温度场测量技术进行了研究;首先,分析了喷雾耙温度场测量概况,研究了分布式光纤测温方法;其次,设计了U型光纤布线方法,建立基于分布式光纤测温的结冰风洞喷雾耙温度场测量系统;最后,实现了20层喷雾耙温度场全局测量,并对喷雾耙温度场分布进行了详细分析;经实际应用表明,喷雾耙温度场测量系统可为喷雾耙电加热系统提供了温度反馈,大大提高了温度场测量效率.

摘要： 大型结冰风洞气流场适航符合性是大型结冰风洞适航应用的先决条件.为验证3 m×2 m结冰风洞气流场适航符合性,首先建立了结冰风洞气流场适航符合性验证方法,然后针对主试验段构型,开展了气流场适航符合性验证试验,考察了试验段气流速度和喷嘴干空气射流对流场特征参数(气流速度、气流偏角和气流湍流度)的影响,最后评估了试验段内气流场品质,获得了结冰风洞气流场控制包线.结果表明:喷雾耙结构会影响试验段内气流速度和气流偏角空间分布形态,进而导致了非均匀峰值区的形成;增大试验段气流速度会改善气流场品质,但喷嘴干空气射流会显著恶化试验段气流速度低于60 m/s的气流场品质;3 m×2 m结冰风洞主试验段气流场品质在主要试验速度范围内均满足适航审定要求.

摘要： 结冰风洞试验过程中,喷雾耙内气体温度传感器出现故障会导致数据缺失.结冰风洞喷雾供气系统是高耦合度的热力系统,喷雾耙供气温度受多种因素影响,很难用准确的物理模型描述.文中采用主成分分析(PCA)方法消除喷雾耙供气温度相关影响因素变量间的数据冗余,建立以喷雾耙入口温度、喷雾耙供气压力、风洞内部环境温度及喷雾耙供气温度延迟量为输入和喷雾耙供气温度为输出的动态神经网络异常数据重构模型,提出了序列排序与并行排序的数据训练方法,应用训练后的模型对喷雾耙供气温度单点异常与长期异常数据进行重构,并与真实值作对比.结果表明,采用并行排序的动态神经网络能够准确地实现喷雾耙供气温度数据重构,具有较好的泛化能力.

摘要： 美国国家航空航天局(NASA)格伦研究中心拥有世界最完备的飞机结冰研究试验设备体系.本文归纳总结了NASA结冰设备体系组成,主要包括IRT风洞、PSL-3发动机实验舱、"双水獭"结冰研究飞机、数值计算工具和基础研究风洞等;阐述了IRT风洞和PSL-3发动机试验舱两座核心设备结冰模拟能力发展情况;分析了NASA结冰研究设备能力拓展策略.研究表明,NASA已从过冷小水滴为代表的传统结冰研究向过冷大水滴和以冰晶为代表的现代结冰研究发展;同时,NASA结冰试验设备体系也进入以IRT风洞和PSL发动机实验舱为核心的双核心时代.本文旨在为国内飞行器结冰研究领域设备体系发展提供参考.

摘要： 针对飞机部件周期控制律电加热防除冰的应用,提出基于机器学习以预测电加热防除冰表面温度的变化趋势.依靠大型结冰风洞及其电加热防除冰控制系统完成防除冰试验,获得有效的试验数据,以通、断电周期为分割单元,将试验数据划分成验证集和训练集.根据电热防除冰过程的换热情况,构建样本的特征参数,利用机器学习的有监督学习方式,选择KNN近邻回归算法和局部线性加权回归算法预测温度变化率,再转换为温度,得到的温度变化与测量数据的线性相关性达到80％以上的高相似度结果,表明使用机器学习可快速预测电热防除冰部件的表面温度变化趋势,且不同的回归算法针对模型不同测温点位置的预测效果存在差异.

摘要： 结冰是飞机的重大安全隐患,结冰风洞是研究飞机结冰与防除冰的地面试验设备,飞机模型安装在试验段转盘上,通过精确控制转盘带动模型旋转模拟姿态变化;研制了适用于低温、低气压、高湿度环境的转盘机械机构;设计了以317T-CPU、IM174模块和交流伺服的转盘控制系统总体方案,开发了功能完善的转盘监控软件;通过参数优化、主从偏差控制和全闭环位置控制,实现了3个试验段5套转盘机构单转盘、上/下或左/右转盘高精度同步控制;解决了特殊环境下转盘控制系统运行维护问题.转盘控制系统运行超过8年,转盘角度范围±180°,转盘角度和同步控制精度不低于0.02°,各项技术指标达到设计要求,保证了结冰风洞各项试验任务顺利完成.

摘要： 3m×2m结冰风洞是一种性能复杂、配套设备众多的大型特种风洞,主要用于解决飞机飞行过程中的结冰机理和防护问题,已经于2013年9月建成.动力系统采用单元串联式多电平高压变频器控制风扇电机驱动转子旋转,产生并控制试验段均匀气流,是开展各类试验必备的核心设备.介绍了动力系统控制流程,已经达到的技术指标,接着介绍了系统组成,调试、运行中解决的风扇电机防护、电机转速分辨率、高精度风速反馈等技术问题,列出了转速闭环控制主要测试数据.系统调试、应用表明:动力系统设计合理,功能完善,各项技术指标达到设计要求.

摘要： 在一定的试验参数时,结冰风洞风扇叶片前缘有结冰风险.讨论了风扇叶片运行环境、结冰危害,基于叶片防冰、电加热功率需求分析,提出了电加热控制系统、复杂引电滑环设计方案,为风扇叶片防冰控制系统实施、调试及应用奠定基础.

摘要： 在3m×2m结冰风洞中,为实时监视风洞配套设备和试验部件防除冰状态,在风洞不同部段、三个试验段配套了电力线摄像监视系统和大屏幕显示系统.针对试验段摄像机处于低温、高湿度云雾环境,设计了基于多层浮法玻璃夹SnO2透明导电膜的电加温玻璃,用低功率加温、温控器实现玻璃温度控制,解决了玻璃表面结霜影响摄像监视图像问题;采用实时近红外透雾观测技术,提高摄像机透雾监视性能,实现摄像机近景透雾实时监视试验部件.运行表明,系统运行稳定,切换便捷,摄像监视图像清晰,应用效果好.

摘要： 3m×2m结冰风洞是座既可以开展结冰试验又可以开展常规气动试验的连续式跨声速风洞,系统多,控制系统较为复杂,总压、风速及温度控制系统具有大滞后、非线性和存在较强耦合特性.为满足控制系统性能要求,通过对风洞控制对象的分析,将PROFINET工业实时网络技术应用于风洞控制系统,提出了相应的设计方案,并对其特性进行了分析.针对流场参数多变量控制,提出了相应的控制策略.调试过程及其效果验证了风洞控制系统设计能满足风洞设计的性能指标要求.从结冰风洞控制系统调试过程的实际情况和效果来看，可以得出以下结论:(1)采用基于工业实时网络构建的分布式控制系统其性能优于传统的分布式控制系统，可实现分散控制和集中控制的统一，采用环网结构、光纤传输，提高了网络可靠性，满足大型系统且系统之间相互关联的多变量控制系统的需求。(2)PROFINET工业实时网络支持多种通信协议，可以实现从管理层到设备层的一致通信。结构简洁、可靠，开放性好。(3)将控制分为“起动建立过程”和“精确调节过程”，采用基于专家知识的智能控制策略，可以较好地解决流场参数多变量祸合控制难题。随着调试的深入，可以不断完善和优化“知识库”，使流场参数控制性能指标达到最优。

摘要： 介绍3米×2米结冰风洞制冷系统的构成、技术指标和温度控制流程.结合结冰风洞试验对气流温度的控制要求,重点介绍制冷系统温度控制技术和研制过程中的重难点问题.控制技术具体包括基于工业以太网的组网控制、螺杆式压缩机组的加减载控制、蒸发器回气阀开启度控制、辅助贮液桶液位高度控制等,解决的重难点问题包括蒸发器气流温度对应的吸气压力信号的规范化处理、压缩机控制器控制参数的优化、压缩机组相互的协调运行等.

摘要： 3m×2m多功能结冰风洞是为了满足我国飞行器结冰试验和高空低雷诺数试验的需要而建设的.风洞配置有三个可更换试验段,运行风速范围为21m/s～256m/s,运行温度范围为常温～-40°C,模拟高度范围为0～20000m.该风洞气动布局及部段配置,在国内均是首次采用.继洞体设备安装、各子系统静态调试及供配电的安装完成后,完成了风洞综合性能的初步调试.具体完成了最高风速、风洞能量比、风扇效率、试验段壁板扩开角的确定、速度修正系数的调试与测试.

摘要： 为了解结冰风洞主体结构的静态受力情况与工作状态下的受载情况,为土建设计提供必要的基础的参考数据,并指导风洞施工设计工作的全面开展,采用有限元分析手段进行了主洞体有限元计算、结构优化设计以及方案定型后的仿真分析.详细分析了两种工况下主洞体结构的强度和刚度性能,明确了最终支撑的支座,提供了满足强度刚度要求并指导施工设计全面开展的结构方案.在风洞建设洞体合拢后进行了位移变形监测和应力监测的试验研究,研究结果表明位移监测结果与有限元分析的结果吻合度很好:应力监测结果与有限元分析结果存在一定的差别.

摘要： 以结冰风洞动力系统为例,介绍了高压变频器、PLC、网络通信等在结冰风洞动力系统的应用,给出了动力系统主要设备选型、功能需求及组成.将大容量高压变频器应用到风洞动力系统,实现了宽范围、高精度快速调速,及运行、监控自动化.

摘要： 本文针对平流层飞艇螺旋桨的低密度、低来流速度下的效率问题,利用3m×2m结冰风洞在高空环境模拟上的优势,分析提出了在结冰风洞开展高空螺旋桨效率考核的试验方案.该方案的提出,为平流层飞艇螺旋桨低雷诺数气动试验研究的开展奠定了基础.

摘要： 为提高3m×2m结冰风洞喷雾系统使用寿命,避免雾化喷嘴在使用中发生孔径改变或堵塞,在制作成型后交付风洞安装前需对喷雾系统整体进行酸洗钝化.根据系统结构特性分析和耐酸性试验结果,酸洗钝化常用的浸泡法、膏剂法、喷淋法等无法用于该系统,而循环法也不适于这种末端开放式系统.经分析验证,以PU管、乳胶管替代喷雾系统中结构精密和不耐酸蚀的器件管件;以PU管、乳胶管、酸液集液管、酸液收集罐和低压耐腐蚀泵将喷雾系统组成可使酸液循环的封闭式系统.室温条件下,以硝酸、氢氟酸和Lan-826配伍为酸洗液,40％硝酸为钝化液,用循环法对系统进行了酸洗钝化,得到了合格的钝化膜.

摘要： 本发明属于防除冰试验技术领域，涉及一种适用于地面模拟结冰试验时短时间大热量负荷情况下的温度稳定方法。在进行冰风洞或结冰气候室内的结冰试验时，在一定的低温环境下喷雾，此时喷入的热水和热空气会在短时间内产生大的热负荷，使环境温度产生较大波动，影响试验效果。为解决此问题，系统设置热气旁通，确保压缩机始终运行，具备快速上载的条件。本方法实施简单，效果良好，能够较好地达到温度稳定的效果。

摘要： 本发明属于防除冰试验技术领域，涉及一种适用于地面模拟结冰试验时短时间大热量负荷情况下的温度稳定方法。在进行冰风洞或结冰气候室内的结冰试验时，在一定的低温环境下喷雾，此时喷入的热水和热空气会在短时间内产生大的热负荷，使环境温度产生较大波动，影响试验效果。为解决此问题，系统设置热气旁通，确保压缩机始终运行，具备快速上载的条件。本方法实施简单，效果良好，能够较好地达到温度稳定的效果。

摘要： 本发明适用于结冰风洞试验技术领域，提供了一种大型结冰风洞结冰云雾均匀性优化方法。本发明通过试验获得喷雾耙产生的喷雾在待结冰装置上的结冰厚度分布图，对其根据喷雾耙上的独立测试单元进行区域划分，找出结冰厚度分布图上结冰厚度大于或小于设定厚度范围的区域，调整对应独立测试单元内的试验条件或更换喷嘴，进而完成云雾场的均匀性优化。本发明的优化方法快速有效，能够适用于大型结冰风洞结冰云雾均匀性的优化。

摘要： 本发明适用于结冰风洞中云雾计算领域，尤其是涉及一种大型结冰风洞中复杂结冰云雾水含量测量方法，在结冰风洞中设置多热线水含量测量仪，多热线水含量测量仪包括第一热线单元W1和第二热线单元W2；第一热线单元W1为半圆管型结构，半圆管型结构的内表面正对气流，且其展向垂直于气流方向；第二热线单元W2为圆柱结构，且其展向垂直于气流方向；并推导了计算云雾液态水含量LWC和固态水含量IWC的公式。本发明针对大型结冰风洞中结冰云雾，建立了基于多热线原理的多相态水含量计算方法，可以实现多种复杂结冰云雾（过冷水滴结冰云雾、固态冰晶结冰云雾和混合相结冰云雾（同时包括液态水滴和固态冰晶））水含量的精细化计算。

摘要： 本发明适用于结冰风洞结冰云雾计算领域，提供了一种大型结冰风洞中复杂结冰云雾MVD测量方法，本发明通过在典型工况下实验，标定得到热线单元液滴蒸发比与MVD间的函数关系，并利用此关系进行后续的MVD计算。本发明采用多热线单元测量液态水含量，并基于液态水含量计算热线单元液滴蒸发比，并利用热线单元液滴蒸发比与MVD的关系计算MVD值。该方法可以快速、高效实现结冰云雾中液滴体积中值直径的计算，极大地提高结冰风洞云雾测量试验效率。

摘要： 本发明适用于结冰风洞中云雾计算领域，尤其是涉及一种大型结冰风洞中复杂结冰云雾水含量测量方法，在结冰风洞中设置多热线水含量测量仪，多热线水含量测量仪包括第一热线单元W1和第二热线单元W2；第一热线单元W1为半圆管型结构，半圆管型结构的内表面正对气流，且其展向垂直于气流方向；第二热线单元W2为圆柱结构，且其展向垂直于气流方向；并推导了计算云雾液态水含量LWC和固态水含量IWC的公式。本发明针对大型结冰风洞中结冰云雾，建立了基于多热线原理的多相态水含量计算方法，可以实现多种复杂结冰云雾（过冷水滴结冰云雾、固态冰晶结冰云雾和混合相结冰云雾（同时包括液态水滴和固态冰晶））水含量的精细化计算。

摘要： 本发明适用于结冰风洞结冰云雾计算领域，提供了一种大型结冰风洞中复杂结冰云雾MVD测量方法，本发明通过在典型工况下实验，标定得到热线单元液滴蒸发比与MVD间的函数关系，并利用此关系进行后续的MVD计算。本发明采用多热线单元测量液态水含量，并基于液态水含量计算热线单元液滴蒸发比，并利用热线单元液滴蒸发比与MVD的关系计算MVD值。该方法可以快速、高效实现结冰云雾中液滴体积中值直径的计算，极大地提高结冰风洞云雾测量试验效率。

摘要： 本发明适用于结冰风洞试验技术领域，提供了一种大型结冰风洞结冰云雾均匀性优化方法。本发明通过试验获得喷雾耙产生的喷雾在待结冰装置上的结冰厚度分布图，对其根据喷雾耙上的独立测试单元进行区域划分，找出结冰厚度分布图上结冰厚度大于或小于设定厚度范围的区域，调整对应独立测试单元内的试验条件或更换喷嘴，进而完成云雾场的均匀性优化。本发明的优化方法快速有效，能够适用于大型结冰风洞结冰云雾均匀性的优化。

摘要： 本发明属于结冰风洞试验技术领域，涉及一种获得结冰风洞缩比试验工况最优风速的方法，S100：确定参考工况试验参数；S200：指定试验工况风速组；S300：基于参考工况试验参数计算风速组对应的缩比试验工况试验参数组；S400：基于缩试验参数组得到结冰冰形曲线组，并将结冰冰形曲线转换成曲线坐标下的冰形曲线，得到对应的冰形曲线组；S500：对冰形曲线组进行傅里叶变换，得到结冰冰形对应的傅里叶系数组；S600：建立缩比试验工况试验参数与傅里叶系数对应的样本库；S700：基于所述样本库，利用差分演化算法对样本库中的样本进行变异，并比较变异后的样本的曲线与参考工况下的冰形曲线，确定缩比试验工况下的最优风速；本发明能够获得缩比试验工况下的最优风速。

摘要： 本发明适用于风洞实验技术领域，提供了一种结冰风洞换热器出口气流温度控制系统及方法，包括：压缩机、冷凝器、储液罐、制冷剂屏蔽泵、换热器、低压循环桶、控制器和上位机；压缩机的吸气端设置有吸气压力传感器；换热器的入口和出口分别设置进液调节阀和回气调节阀；换热器的下游出风口设置有温度传感器，且温度传感器与换热器均设置于结冰风洞中；控制器控制连接压缩机；上位机连接温度传感器、回气调节阀和控制器；将吸气压力传感器直接设置在压缩机的吸气端，可以直观并且灵敏的获得压缩机的吸气压力，解决了现有技术中因低压循环桶容积大，导致制冷系统机组增减载速度慢，最终导致换热器出口气流温度存在较大的滞后性。