Аэрохолодильная установка
AIR COOLING UNIT

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационной промышленности при исследовании процессов обледенения летательных аппаратов.
Для исследований процессов обледенения летательных аппаратов в лабораторных условиях используются аэрохолодильные установки, основным элементом которых являются аэрохолодильные трубы, оборудованные низкотемпературными теплообменниками и системой распыления в воздушном потоке водных капель, (см. Р.Х. Тенишев и др. «Противообледенительные устройства летательных аппаратов». Издательство Машиностроение 1967, стр. 291-293).
Наиболее распространенным видом обледенения является капельное обледенение, которое происходит при полетах летательных аппаратов в облаках и в нижних слоях атмосферы, в условиях ледяного дождя и замерзающей мороси.
Капельное обледенение, летательных аппаратов при полете в облаках, содержащих переохлажденные капли воды диаметром от 4 до 200 мкм, обычно моделируется в аэрохолодильных трубах с горизонтально расположенной рабочей частью (см., например, Eddie Irani, Ph.D. et al. Calibration and recent upgrades to the Cox icing wind tunnel. AIAA-Papers 2008-0437).
Моделирование капельного обледенения, летательных аппаратов при полете в условиях ледяного дождя и замерзающей мороси, капли которых имеют размеры до 2000 мкм. в аэрохолодильных трубах с горизонтально расположенной рабочей частью весьма затруднительно. Большой вес капель, из-за влияния силы тяжести на траекторию их движения, не позволяет создать в горизонтальной рабочей части трубы равномерный по водности водовоздушный поток. Использование вертикальной рабочей части вместо горизонтальной позволяет решить эту проблему. Создаваемый в рабочей части вертикальный водовоздушный поток, направленный сверху вниз, практически исключает влияние силы тяжести на траекторию движения капель и позволяет создать равномерное поле водности для исследований обледенения в условиях больших переохлажденных капель.
В настоящее время аэрохолодильные трубы с вертикальной рабочей частью, необходимые для исследования обледенения в условиях ледяного дождя и замерзающей мороси, практически отсутствуют. Известные вертикальные аэрохолодильные трубы с цилиндрическим воздушным каналом предназначены в основном для исследования процессов, происходящих в атмосфере при температуре ниже 0°С. Например, исследования образования снега в облаках (см. работу Tsuneya Takahshi et al. A vertical wind tunnel for snow process studies. Journal of atmospheric and oceanic technology. V.3, March 1986) или замерзания водных капель (см. работу John D. Splenger et. al. Freezing of freely suspended, supercooled water drops in a large vertical wind tunnel. Journal of applied meteorology. V.11, October 1972). Отсутствие в этих трубах устройств для создания низкотемпературных скоростных водовоздушных потоков не позволяет использовать их для исследования обледенения. Для лабораторных исследований желательно иметь аэрохолодильную установку, которая сочетала бы в себе достоинства аэрохолодильных труб с горизонтальной и вертикальной рабочей частью и позволяла бы быстро и экономично моделировать обледенение различных видов.
За прототип принята установка, представляющая собой холодильную камеру с расположенными в ней горизонтальной аэродинамической трубой напорного типа с центробежным вентилятором и водораспыливающей системой воды (патент на изобретение «Аэрохолодильная установка для исследования процессов обледенения объектов» RU №2432559, МПК G01M 9/00, дата публикации 27.10.2011). Аэрохолодильная установка представляет собой помещение с гидрофобным покрытием стен, пола и потолка, в котором установлены аэродинамическая труба вентиляторного типа с разомкнутым контуром и система подачи воды в поток воздуха в виде капель заданного размера.
Недостатком такой установки является отсутствие возможности проведения исследований обледенения с крупными каплями воды в условиях, моделирующих обледенение в ледяном дожде и мороси.
Задачей и техническим результатом изобретения является создание аэрохолодильной установки для исследований обледенения с различными по размеру каплями в различных метеорологических условиях полета объекта
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в комбинированной аэрохолодильной установке для исследований обледенения, содержащей холодильную камеру с расположенными в ней горизонтальной аэродинамической трубой напорного типа с центробежным вентилятором и водораспыливающую систему, в холодильной камере установлена вертикальная аэродинамическая труба всасывающего типа, аэродинамический канал которой соединен съемным диффузором с входным каналом вентилятора.
На фигуре 1 представлена принципиальная схема предлагаемой установки.
Установка содержит холодильную камеру 1, с расположенными в ней горизонтальной аэродинамической трубой напорного типа 2 с центробежным вентилятором 3, вертикальную аэродинамическую трубу всасывающего типа 4 со съемным диффузором 5, отражателем струи 6, и водораспыливающей системой 7 с форсункой 8, разбрызгивателем капель 9, переключателем подачи воды 10.
Воздушный поток в трубах создается центробежным вентилятором 3. Требуемая температура воздуха в камере обеспечивается за счет его охлаждения в воздухоохладителе 11 холодильной машины 12.
Использование в одной установке двух сопряженных аэродинамических труб обеспечивает моделирование различных видов обледенения с каплями соответствующих необходимых размеров. Экономическая эффективность установки достигается использованием вместо энергоемких аэрохолодильных труб менее энергозатратных аэродинамических труб, а также возможностью многократного использования низкотемпературного воздуха холодильной камеры.
Работа предлагаемой установки происходит следующим образом.
Предварительно в зависимости от вида исследуемого обледенения в рабочей части одной из аэродинамических труб устанавливается исследуемый образец. Например, для исследования обледенения образца 13 в облаках он устанавливается в рабочей части горизонтальной трубы 2. Затем в холодильной камере 1 при работе холодильной машины 12 с воздухоохладителем 11 устанавливается требуемая температура воздуха. После этого включается центробежный вентилятор 3, обеспечивающий требуемую скорость воздушного потока, прокачиваемого последовательно через аэродинамический канал вертикальной аэродинамической трубы всасывающего типа 4, диффузор 5 и аэродинамический канал горизонтальной трубы напорного типа 2. Спустя 2 -3 минуты после включения вентилятора переключатель подачи воды 10 устанавливается в положение подачи воды распылительной системой 7 к форсунке 8. Вода распыляется, образуя в рабочей части трубы водовоздушный поток. На исследуемом образце 13 проводится наблюдение и фиксация процесса обледенения. Кинетическая энергия вытекающего из трубы 2 водовоздушного потока в процессе исследования гасится отражателем 6.
Температура воздуха в камере поддерживается на постоянном уровне работой холодильной машины 12 с воздухоохладителем 11.
При исследовании обледенения образца 14 в морось или ледяной дождь он устанавливается в рабочей части вертикальной аэродинамической трубы 4. Последовательность работы установки в этом случае такая же, как и в изложенном выше примере. После включения в работу центробежного вентилятора 3 переключатель воды 10 устанавливается в положение подачи воды распылительной системой 7 к разбрызгивателю 9. Дальнейшая работа полностью идентична описанной выше работе установки.
Создана аэрохолодильная установка для исследований обледенения с различными по размеру каплями в различных метеорологических условиях полета объекта.