АЭРОХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБЛЕДЕНЕНИЯ ОБЪЕКТОВ
AIR-COOLING APPARATUS FOR INVESTIGATING ICE FORMATION IN OBJECTS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационной промышленности при исследовании процессов обледенения различных объектов, например самолетов.
При полете самолетов в облачной атмосфере, насыщенной переохлажденными до низких температур водяными каплями, происходит обледенение важнейших агрегатов самолета, приводящее к ухудшению его аэродинамических и летных качеств. От решения задачи обледенения во многом зависит безопасность и регулярность полетов самолетов.
Для исследования обледенения в лабораторных условиях необходимо иметь поток охлажденного до низких температур воздуха, насыщенного каплями воды. Такой поток создается в аэрохолодильных установках, представляющих собой аэродинамические трубы, в которых используемый воздух предварительно охлаждается в специальных холодильных установках, а капли создаются в распылителях воды (см. Р.Х.Тенишев и др. «Противообледенительные устройства летательных аппаратов». Издательство Машиностроение, 1967, стр.291-293). Такие установки позволяют исследовать обледенение независимо от времени года и погодных условий.
Недостатком таких установок является их большая энергоемкость и соответственно большая стоимость часа работы.
Из известных установок для исследования процессов обледенения наиболее близкой по технической сути является установка, представляющая собой аэродинамическую трубу вентиляторного типа с разомкнутым контуром, содержащая систему подачи воды в поток воздуха в виде капель заданного размера (Г.П.Клеменков и др. «Моделирование процессов обледенения летательных аппаратов в аэроклиматических трубах». Теплофизика и аэромеханика, 2008, том 15, №4, стр.563-572). В этой установке через аэродинамическую трубу прокачивается воздух из атмосферы.
Недостатком такой установки является то, что проведение исследований на ней возможно только в зимних условиях при отрицательных температурах атмосферного воздуха.
Задачей предлагаемого изобретения является создание высокоэкономичной аэрохолодильной установки для исследования процессов обледенения независимо от времени года.
Техническим результатом изобретения является создание аэрохолодильной установки, обеспечивающей исследования процессов обледенения в лабораторных условиях вне зависимости от погоды.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что аэрохолодильная установка, содержащая аэродинамическую трубу вентиляторного типа с разомкнутым контуром с открытой рабочей частью и водораспыливающую систему, установлена в помещении с гидрофобным покрытием стен, пола и потолка, заполненном холодным воздухом, а по оси трубы на расстоянии от выходного сечения, составляющем не менее 7 диаметров выходного сечения трубы, установлены набор сеток и обтекатель, при этом размеры помещения выбраны такими, чтобы скорость потоков воздуха в помещении не превышала 0.5 м/с.
На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемой установки.
Установка содержит аэродинамическую трубу вентиляторного типа с разомкнутым контуром с открытой рабочей частью 1 и водораспыливающую систему 2, установленные в помещении 3, охлаждаемом приточным холодным воздухом, с расположенными в ней набором сеток 4, обтекателем 5 и исследуемым объектом 6. Стены камеры, пол и потолок покрыты гидрофобным материалом, например кафельными плитками.
3
2
Требуемая температура воздуха в помещении обеспечивается за счет нагнетания в него воздуха, охлажденного в воздухоохладителе 7 холодильной машины 8. Например, охлаждение воздуха в помещении объемом ~400 м до температуры -18°C обеспечивается холодильной машиной с воздухоохладителями фирмы «Bitzer» (Германия) холодопроизводительностью ~3.5 кВт. Объем помещения ~400 м обеспечивает работу аэродинамической трубы с площадью выходного сечения сопла 0.09 м при скорости потока 50 м/с. Экономический эффект при этом достигается за счет многократного использования холода, запасенного в охлажденном воздухе, прокачиваемом через аэродинамическую трубу.
Истекающая из трубы струя обладает достаточно большой энергией, которая может вызвать движение воздуха в объеме помещения, нарушить работу аэродинамической трубы и создать дискомфортные условия для работы исследователей. Для того чтобы погасить энергию струи за ее начальным участком, равным ~7 диаметрам выходного сечения трубы, установлены сетки и обтекатель, разбивающие струю и улучшающие ее смешение с окружающим воздухом.
Для обеспечения нормальной комфортной работы персонала в помещении во время исследований необходимо, чтобы скорость потоков воздуха в объеме помещения не превышала ~0.5 м/с. Такая скорость обеспечивается за счет выбора размеров камеры.
Процедура работы предлагаемой установки заключается в следующем.
В помещении 3 за счет нагнетания охлажденного воздуха из воздухоохладителя 7 холодильной машины 8 устанавливается требуемая температура воздуха. Затем включается аэродинамическая труба 1 и из распылителя воды 2 подаются распыленные капли. На исследуемом образце 6 проводится наблюдение процесса обледенения. Энергия истекающей из трубы струи гасится с помощью сеток 4 и обтекателя 5 за счет улучшения ее смешения с окружающим воздухом.
При необходимости для поддержания температуры воздуха в помещении на постоянном уровне проводится дополнительное нагнетание охлажденного воздуха. Вода, сконденсированная на стенках камеры, отводится из нее после завершения испытаний.