一种固态与液态云粒子比例测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术适用于云雾测量技术领域，提供了一种固态与液态云粒子比例测量装置，包括等动力采样头、导流管、声信号收集器、计数器和壳体；所述等动力采样头的轴线上设置主流道，所述主流道的内径与导流管的内径相等；所述导流管与所述等动力采样头固定连接；所述主流道、所述导流管和所述声信号收集器沿来流方向依次同轴设置；所述计数器设置在所述导流管或所述主流道上，或设置在导流管和主流道连接的位置；所述导流管和所述声信号收集器设置在所述壳体内，所述壳体固定连接所述等动力采样头。本申请的测量装置利用粒子撞击声信号实现粒子性质判别，从而实现对固态与液态云粒子比例的分析。本申请的测量装置器件少，结构简单，使用方便。方便。方便。

【技术实现步骤摘要】
一种固态与液态云粒子比例测量装置


[0001]本专利技术涉及云雾测量
，尤其是涉及一种固态与液态云粒子比例测量装置。

技术介绍

[0002]飞行器在穿越云层飞行时，常常遭遇结冰气象条件，造成严重的飞行事故。过冷水结冰主要发生在飞行器的迎风湿表面上，其结冰机理和防除冰研究已经相对成熟；而包含固态水的冰晶/混合相结冰事故会在发动机内压气机叶片和机匣、风速管内部等相对高温表面形成冰堆积，会导致发动机动力损失、飞机失事等严重事故。针对过冷水结冰的适航条例建立较早，主要包括（FAA regulations为世界范围广接受的通用规范为例）针对过冷水云的FAR 14 Part 25Appendix C 和针对过冷大水滴的FAR 14 Part 33 Appendix O。冰晶结冰领域的危害逐渐在事故中被人们重视，并形成了针对冰晶结冰的适航条例修正案（FAR 14 Part 33 Appendix D等）。
[0003]飞行器结冰安全防护领域，冰晶指水结冰形成的中值质量尺寸(median massdimension，MMD)范围为50
‑
200微米(等效球尺寸)的颗粒。冰晶颗粒对飞行的威胁比雨水要严重的多，当飞机遇上冰晶云时易产生干结冰，在飞行中一旦发生积冰，飞机的空气动力性能就会变差，流线型也受到破坏，表面粗糙度大大增加，使正面阻力增大，升力和推力减小，影响飞机的稳定性，使操纵困难，严重时会造成飞机失事。结冰严重的高度通常是外界温度在
‑
5℃至
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15℃附近，此时冰晶粘度大，容易附着在机体表面。
[0004]在冰晶探测研究方面，国际上的主要方法是通过飞机健康参数或粒子探测器进行探测，美国DropletMeasurementTechnologies公司提出了一种基于光纤的粒子探测器，可以测量水滴粒径及冰晶、尘霾等，但存在仪器过于昂贵、精密且笨重等问题。美国Freer等人提出了一种基于后向散射原理的云层探针技术，通过粒子散射的特性区分水滴、尘霾及冰晶，该方法具有很好的发展前景，但目前探测稳定性较差、且实现应用难度较大。NASA拟通过飞机发动机的健康参数反演出发动机表面的冰晶附着情况，该反演算法在某些固定工作状态下可以很好地判断冰晶附着情况，但在实际飞行中却很难区分冰晶对发动机的影响及节流阀动作对参数的影响。
[0005]多热线水含量测量分析系统(WCM
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2000)为Science Engineer Associates公司产品，该设备旨在为飞机和风洞用户提供一个单一、坚固的传感器，以同时测量液体含水量（LWC）、总含水量（TWC）和冰水含量（IWC）。这种方法利用冰晶和水滴在不同形状热线表面收集系数的差异实现对冰晶含量的解析。但这一方法在实践中可能存在热线表面冰晶破裂、堆积等现象，测量精度有限。
[0006]由于以上设备的国产化程度低、系统相对昂贵且尺寸相对较大，在一些小尺寸云雾环境中使用存在不便。

技术实现思路

[0007]为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种固态与液态云粒子比例测量装置，利用粒子撞击声信号实现粒子性质判别，从而实现对固态与液态云粒子比例的分析。
[0008]本申请提供一种固态与液态云粒子比例测量装置，包括等动力采样头、导流管、声信号收集器、计数器和壳体；所述等动力采样头的轴线上设置主流道，所述主流道的内径与所述导流管的内径相等；所述导流管与所述等动力采样头固定连接；所述主流道、所述导流管和所述声信号收集器沿来流方向依次同轴设置；所述计数器设置在所述导流管或所述主流道上，或设置在所述导流管和所述主流道连接的位置；所述导流管和所述声信号收集器设置在所述壳体内，所述壳体固定连接所述等动力采样头。
[0009]采用本申请的一种固态与液态云粒子比例测量装置，相对于现有技术，本申请具有如下有益效果：（1）本申请的测量装置器件少，结构简单，适用于风洞、大气、飞行等云雾场测量领域；（2）本申请采用声信号进行粒子形态区分，技术成熟，结构简单，系统紧凑；（3）本申请采用双三角构型旋成体作为等动力采样头，并且通过模拟计算，发现最大外缘处粒子撞击概率小，并且附近的流场静压稍高于环境静压，在此处开设等静压调节孔，并配合内部的毛细管，向装置内部流道引入切向鞘气，从而避免云粒子撞击流道壁，保证液态的粒子能够撞击到膜片上；是一种低成本鞘气体等动力采样。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1是本专利技术实施例的一种固态与液态云粒子比例测量装置的第一角度剖面结构示意图；图2是本专利技术实施例的一种固态与液态云粒子比例测量装置的第二角度剖面结构示意图；图3是液态粒子撞击产生的声信号示意图；图4是固态粒子撞击产生的声信号示意图；图5是图2中的局部放大图。
[0012]图中，10
‑
等动力采样头，11
‑
冷却进气孔，12
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主流道，13
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采样头主体，131
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前缘主体，132
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后缘主体，14
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静压调节结构，141
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静压调节孔，142
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毛细管，143
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切向进气通道，15
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回流通道；20
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导流管；30
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声信号收集器，31
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膜片，32
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共鸣腔，33
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单指向麦克风，34
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隔音外壳；40
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计数器，50
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壳体。
具体实施方式
[0013]以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本专利技术的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本专利技术，其仅作为例子，而并非用
以限制本专利技术。
[0014]一种固态与液态云粒子比例测量装置，如图1
‑
2所示，包括等动力采样头10、导流管20、声信号收集器30、计数器40和壳体50；所述等动力采样头10的轴线上设置主流道12，所述主流道12的内径与所述导流管20的内径相等；所述导流管20与所述等动力采样头10固定连接；所述主流道12、所述导流管20和所述声信号收集器30沿来流方向依次同轴设置；所述计数器40设置在所述导流管20或所述主流道12上，或设置在所述导流管20和所述主流道连接的位置；所述导流管20和所述声信号收集器30设置在所述壳体50内，所述壳体50固定连接所述等动力采样头10。
[0015]等动力采样是指进入采样器探头孔内的风流速度与探头附近的风流速度相等的在流动气体中采样的技术。本实施例中，为了确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态与液态云粒子比例测量装置，其特征在于，包括等动力采样头（10）、导流管（20）、声信号收集器（30）、计数器（40）和壳体（50）；所述等动力采样头（10）的轴线上设置主流道（12），所述主流道（12）的内径与所述导流管（20）的内径相等；所述导流管（20）与所述等动力采样头（10）固定连接；所述主流道（12）、所述导流管（20）和所述声信号收集器（30）沿来流方向依次同轴设置；所述计数器（40）设置在所述导流管（20）或所述主流道（12）上，或设置在所述导流管（20）和所述主流道连接的位置；所述导流管（20）和所述声信号收集器（30）设置在所述壳体（50）内，所述壳体（50）固定连接所述等动力采样头（10）。2.根据权利要求1所述的一种固态与液态云粒子比例测量装置，其特征在于，所述等动力采样头（10）还包括采样头主体（13），所述采样头主体（13）为双三角构型的旋成体，包括前缘主体（131）和后缘主体（132），所述前缘主体（131）为第一三角构型，所述后缘主体（132）为第二三角构型，所述第一三角构型的半角小于第二三角构型的半角。3.根据权利要求2所述的一种固态与液态云粒子比例测量装置，其特征在于，所述第一三角构型的半角为8~15
°
，所述第二三角构型的半角为第一三角构型的半角加10~20
°
。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的一种固态与液态云粒子比例测量装置，其特征在于，所述等动力采样头（10）上沿轴向对称设置有至少四组静压调节结构（14），所述静压调节结构（14）包括静压调节孔（141）、毛细管（142）和切向进气通道（143）；所述静压调节孔（141）设置在后缘主体（132）的最大外缘位置处，所述静压调节孔（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡站伟，张平涛，郭向东，柳庆林，丁亮，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：