Аэрохолодильная установка для исследования процессов обледенения в условиях падающего снега и метели Российский патент 2022 года по МПК G01M9/04 F25C3/04 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационной промышленности при проведении исследований в лабораторных условиях процессов обледенения различных объектов авиационной техники.

При проведении исследований процессов обледенения в лабораторных условиях используются аэрохолодильные установки. Для моделирования процессов обледенения исследуемого объекта в условиях падающего снега и метели необходимо создать в канале аэродинамической трубы воздушный поток, содержащий ледяные частицы, равномерно распределенные по поперечному сечению потока и имитирующие натуральный снег.

Известна аэрохолодильная установка, представляющая собой аэродинамическую трубу с замкнутым контуром и снежной пушкой для моделирования смешанного обледенения (NASA Technical Reports Server (NTRS) 20030093540: «Mixed-Phase Icing Simulation and Testing at the Cox Icing Wind Tunnel» Kamel Al-Khalil et al. Публикация 01.09.2003 г. источник https://archive.org/details/NASA_NTRS_Archive_20030093540/page/n13/mode/2 up, дата обращения 16.11.2020 г.). Производимые снежной пушкой ледяные кристаллы, имеют преимущественно шарообразную форму, и мало похожи на кристаллические снежинки, необходимые для моделирования обледенения в условиях падающего снега и метели.

Недостатками такой аэродинамической трубы являются:

1. Неоднородный получаемый снежный поток.

2. Из-за замкнутого контура используемой аэродинамической трубы происходит скопление снега в канале трубы, что в свою очередь затрудняет моделирование обледенения в условиях падающего снега и метели.

Известна аэрохолодильная установка для имитации полета летательного аппарата в условиях облака, содержащая устройство для получения и хранения ледяных кристаллов, содержащее морозильную камеру и расположенные внутри нее устройство приготовления нормализованных ледяных кристаллов из ледяного брикета (см. патент на полезную модель «Установка для имитации полета летательного аппарата в условиях облака» RU №87142 U1 от 27.09.2009, МПК B64D 15/20). Недостатками такой установки является получение ледяных кристаллов, в результате дробления или фрезерования ледяных блоков, которые по своей геометрической форме мало похожи на кристаллические снежинки, необходимые для моделирования обледенения в условиях падающего снега и метели.

Так же известно устройство для создания снега (см. заявку на изобретение «Device for production of snow». EP №3410042 A1 от 05.12.2018 г. МПК F25C 1/14, F25C 3/04). Основными элементами этого устройства являются вращаемый электродвигателем полый цилиндр, холодильник, охлаждающий внутреннюю поверхность цилиндра за счет испарения хладагента, форсунки распыления воды и скребок для соскребания льда с внешней поверхности цилиндра. При работе этого устройства на внешней поверхности цилиндра в результате распыления над ней воды образуется слой льда. Соскребаемый при вращении цилиндра слой льда состоит из отдельных кусочков неправильной, слегка волнистой формы чешуйчатого льда с температурой не ниже -7°С.

Для моделирования в аэрохолодильной установке процесса обледенения в условиях падающего снега необходимо иметь чешуйчатый лед с температурой от -3 до -25°С. Представленное выше устройство не обеспечивает получение чешуйчатого льда в таком диапазоне температур.

За прототип принята аэрохолодильная установка, представляющая собой холодильную камеру с расположенной в ней аэродинамической трубой вентиляторного типа с разомкнутым контуром с открытой рабочей частью и водораспыливающую систему (см. патент на изобретение RU №2432559 C1 «Аэрохолодильная установка для исследования процессов обледенения объектов» от 27.11.2011 г., МПК G01M 9/00). Наличие холодильной камеры позволяет производить ледяные частицы.

Основным недостатком аэрохолодильной установки является отсутствие устройства для производства снега, что в свою очередь не позволяет использовать ее для исследования процессов обледенения в условиях падающего снега и метели.

Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является создание аэрохолодильной установки, обеспечивающей моделирование процесса обледенения в условиях падающего снега и метели при равномерности распределения ледяных частиц, имитирующих натуральный снег, по поперечному сечению потока.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в аэрохолодильной установке, содержащей холодильную камеру с расположенной в ней аэродинамической трубой вентиляторного типа с разомкнутым контуром, в холодильной камере дополнительно установлено устройство для производства чешуйчатого льда и воздушный эжектор для транспортировки полученного льда по трубопроводу во входной канал вентилятора аэродинамической трубы.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого изобретения.

Установка (см. чертеж) содержит холодильную камеру 1 с расположенными в ней аэродинамической трубой вентиляторного типа 2 с разомкнутым контуром, вентилятор 3, устройство для производства чешуйчатого льда 4, емкость для сбора льда 5, воздушный эжектор 6, трубопровод 7, холодильную машину 8, воздухоохладитель 9 и исследуемый объект 10. Поскольку устройство для производства чешуйчатого льда размещено изначально в холодильной камере, то в нем отсутствует холодильник, охлаждающий внутреннюю поверхность цилиндра.

Холодильная камера обеспечивает требуемую температуру производимого устройством чешуйчатого льда и воздушного потока.

Воздушный эжектор обеспечивает транспортировку чешуйчатого льда во входной канал вентилятора аэродинамической трубы по трубопроводу.

Разомкнутый контур аэродинамической трубы вентиляторного типа позволяет использовать чешуйчатый лед для создания воздушного потока, не опасаясь возможности нарушения ее работы из-за его скопления в канале трубы.

Требуемая для моделирования температура чешуйчатого льда достигается в результате охлаждения устройства для его производства холодным воздухом камеры.

Равномерность распределения частиц чешуйчатого льда в поперечном сечении канала аэродинамической трубы обеспечивается за счет их подачи на вход вентилятора в поток засасываемого им воздуха.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Во время работы холодильной машины 8, соединенной с воздухоохладителем 9 в холодильной камере устанавливают требуемую температуру воздуха. Затем включают вентилятор 3 и через аэродинамический канал трубы вентиляторного типа с разомкнутым контуром прокачивается охлаждаемый в холодильной камере 1 воздух. После этого к устройству для производства чешуйчатого льда 4 подают воду, а к воздушному эжектору 6 воздух из газгольдеров, и включают устройство для производства чешуйчатого льда 4. Получаемый чешуйчатый лед под действием силы тяжести и разряжения, создаваемого эжектором 6 попадает в емкость для сбора льда 5 и из нее по трубопроводу 7 подается в поток воздуха, засасываемого вентилятором 3. Вентилятор 3 равномерно разбрасывает чешуйчатый лед по всему объему поступающего в аэродинамическую трубу воздуха, обеспечивая тем самым равномерность распределения их по поперечному сечению канала трубы. Получаемый воздушный поток с частицами чешуйчатого льда на выходе канала аэродинамической трубы взаимодействует с исследуемым объектом 10, в следствие чего наблюдается процесс обледенения.

Проведенные исследования показали, что созданная аэрохолодильная установка обеспечивает моделирование процесса обледенения в условиях падающего снега и метели.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационной промышленности при проведении исследований в лабораторных условиях процессов обледенения различных объектов авиационной техники, в частности в условиях падающего снега и метели. Устройство представляет собой холодильную камеру с внешней холодильной машиной и расположенной внутри аэрохолодильной камеры аэродинамической трубой вентиляторного типа с разомкнутым контуром, и устройством для производства чешуйчатого льда. При этом подача получаемого чешуйчатого льда в канал аэродинамической трубы происходит с помощью эжектора, подающего чешуйчатый лед через трубопровод. Получаемый воздушный поток с частицами чешуйчатого льда на выходе канала аэродинамической трубы взаимодействует с исследуемым объектом. Технический результат заключается в моделировании процесса обледенения в условиях падающего снега и метели при равномерности распределения ледяных частиц, имитирующих натуральный снег, по поперечному сечению потока. 1 ил.

Аэрохолодильная установка, содержащая холодильную камеру с расположенной в ней аэродинамической трубой вентиляторного типа с разомкнутым контуром, отличающаяся тем, что в холодильной камере дополнительно установлено устройство для производства чешуйчатого льда и воздушный эжектор для транспортировки чешуйчатого льда по трубопроводу во входной канал вентилятора аэродинамической трубы.