Аэрохолодильная установка для исследования процессов обледенения в условиях падающего снега и метели

Авторы патента:

Потапов Юрий Федорович (RU)

Миллер Алексей Борисович (RU)

Токарев Олег Дмитриевич (RU)

Яшин Александр Егорович (RU)

Жбанов Владимир Александрович (RU)

G01M9/04 - конструктивные элементы

F25C3/04 - для санных дорожек или лыжни; производство искусственного снега (форма дорожек A63C 19/10; конструкции дорожек E01C)

Владельцы патента RU 2767020:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)

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.

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.

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.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЭЛА), а именно к средствам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на ЭЛА в наземных условиях. Предложен способ тепловых испытаний элементов летательных аппаратов, который включает нагрев наружной поверхности элементов ЛА, измерение температуры и обдув нагреваемой поверхности газовым потоком вдоль наружной поверхности изделия в сторону носка и в сторону торца элементов летательных аппаратов.

Способ теплового нагружения элементов конструкций летательных аппаратов // 2738432

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано в авиационной и ракетно-космической отраслях промышленности, а также в общем и специальном машиностроении для теплового нагружения элементов конструкций летательных аппаратов (ЛА) при измерении тепловых деформаций элементов конструкций ЛА, а также при проведении тепловых и комплексных термовибрационных и термовакуумных испытаний в процессе наземной лабораторно-стендовой отработки конструкций ЛА, имеющих сложные формы поверхности.

Способ управления нагревом при тепловых испытаниях керамических обтекателей // 2720738

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть ракеты в наземных условиях. Заявлен способ управления нагревом при тепловых испытаниях керамических обтекателей, который включает зонный радиационный нагрев фронтальной поверхности обтекателя инфракрасными нагревателями с отражательными экранами.

Способ тепловых испытаний керамических обтекателей // 2715475

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель летательного аппарата в наземных условиях. Заявлен способ тепловых испытаний керамических обтекателей, который включает нагрев наружной поверхности по заданному режиму и измерение температуры.

Устройство для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы // 2708681

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к устройствам для изменения положения испытываемой модели в рабочей части аэродинамической трубы. Устройство содержит узел крепления державки с моделью, выполненный с возможностью поворота державки вокруг продольной оси, две пары шарниров, размещенных симметрично относительно вертикальной плоскости на узле крепления в двух точках, разнесенных по его длине, причем шарниры, размещенные на его хвостовой части, смещены по вертикали относительно его продольной оси на расстояние, соответствующее его максимальному повороту в вертикальной плоскости, и стойки обтекаемой формы, соединенные с одной стороны с указанными шарнирами, а с другой стороны - с каретками, взаимодействующими с автономными приводами их перемещения и закрепленными в рабочей части продольными направляющими.

Устройство для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы // 2708680

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к устройствам для изменения положения испытываемой модели в рабочей части аэродинамической трубы. Устройство содержит узел крепления державки для установки модели и три пары стоек, шарнирно соединенных вершинами с узлом крепления державки в двух точках, разнесенных по его длине, а основаниями посредством трех пар шарниров - с взаимодействующими с автономными приводами каретками, размещенными с возможностью продольного перемещения на двух направляющих, установленных в рабочей части симметрично относительно ее вертикальной продольной плоскости, причем шарнир, расположенный в хвостовой части узла крепления державки, смещен по вертикали относительно ее оси на расстояние, соответствующее ее максимальному повороту в вертикальной плоскости.

Способ тепловых испытаний элементов летательных аппаратов // 2703491

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к средствам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на поверхности элементов летательных аппаратов, например головных обтекателей ракет, в наземных условиях. Предложен способ тепловых испытаний элементов летательных аппаратов, включающий нагрев наружной поверхности элементов ЛА, измерение температуры и обдув нагреваемой поверхности газовым потоком.

Способ испытания керамических оболочек // 2697410

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к воспроизведению тепловых режимов головной части (обтекатель) ракеты в наземных условиях. Способ испытания керамических оболочек включает монтаж оболочки на контрольном шпангоуте с нанесенным на него слоем герметика,равным толщине клеевого слоя в узле соединения обтекателя, силовое нагружение оболочки локальным нагревом шпангоута через стенку керамической оболочки, синхронное измерение перемещений наружной поверхности оболочки в одном поперечном сечении датчиками перемещений, расположенными на керамической основе попарно напротив друг друга в одной продольной плоскости, проходящей через ось вращения оболочки, суммирование показаний датчиков после окончания нагрева и выявление изменений диаметральных перемещений оболочки в данной продольной плоскости.

Устройство для изменения положения модели в рабочей части аэродинамической трубы // 2690097

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к устройствам для изменения положения испытываемой модели в рабочей части аэродинамической трубы. Устройство содержит узел крепления державки для установки модели и три пары стоек, шарнирно соединенных одним концом с узлом крепления державки в двух сечениях, разнесенных по его длине, а другим концом, посредством трех пар шарниров, - с тремя каретками, размещенными на двух установленных в рабочей части продольных направляющих с возможностью перемещения посредством автономных приводов.

Способ тепловых испытаний натурных керамических элементов летательных аппаратов // 2690048

Изобретение относится к способам тепловых испытаний элементов летательных аппаратов, в частности керамических обтекателей ракет. Заявлен способ тепловых испытаний натурных керамических элементов летательных аппаратов, который включает нанесение на нагреваемую поверхность высокотемпературного покрытия с высокой степенью черноты, радиационный нагрев и измерение температуры.

Установка производства искусственного снега для нужд сельского хозяйства // 2711596

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к оборудованию для получения искусственного снега. Установка производства искусственного снега для сельского хозяйства содержит осевой канал, сообщающий последовательно средства (1) подачи воздуха под давлением, сопло Лаваля (2), СВЧ-камеру (3) с генератором СВЧ-энергии (4), средство подачи воды (7) и жидкой двуокиси углерода (8), смесительную камеру (5), струйную форсунку и диффузор (6).