一种液氮喷射主动制冷装置及其流量精准控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种液氮喷射主动制冷装置及其流量精准控制方法，涉及液氮喷射制技术领域，本发明专利技术提供精准流量的液氮喷射装置及其一种单路(或多路)液氮流量控制器。提出的液氮喷射制冷装置主要由流量调节器、电磁阀、安全阀、流量计、流量(电流或者脉冲)控制器、液氮存储器等部件集成，主要分为液氮存储器系统、液氮喷射装置(含流量调节)，喷射流量控制器。凭借开发的控制器结合上位机程序和控制程序，能够能够精准实现单路(或多路)液氮流量控制，彼此互不干涉，并同时喷射也可以独立运行，并实现液氮流量的远距离控制。形成适应于发动机等军民需求的短时制冷装置，更好满足实际工程需要。要。要。

【技术实现步骤摘要】
一种液氮喷射主动制冷装置及其流量精准控制方法


[0001]本专利技术涉及对液氮喷射制
，尤其涉及一种液氮喷射主动制冷装置及其流量精准控制方法。

技术介绍

[0002]通过低温冷却剂的相变制冷使物体表面温度降低从而降低目标的红外辐射特性是目前飞行器实现红外隐身的重要手段之一。美国F22战斗机在尾喷口结构中增加了液氮强制制冷系统，军事专家分析，利用液氮强制制冷系统，可以在F22被红外制导导弹跟踪时，根据合适的时机，制冷系统迅速喷出液氮，同时释放红外诱饵和高难度的规避动作，短时间内迅速地摆脱跟踪。利用液氮强制制冷系统可以使战机后向的红外辐射特征减弱80～90％，可有效减小导弹霹雳10等的命中率。
[0003]目前冷却剂主要有液氮，液氦以及液氢等。液氦一般用在零下267.8℃超低温环境下，而且液氦很稀缺，难再生，实验时通常需要将降温之后的液氦重新收集起来，重复利用，如果没有超低温的需求，一般不需要用液氦。液氢也是一个比较好的低温介质，但是氢气易燃，危险性过高。液氮作为一种优良的低温冷却剂，其来源丰富，价格低廉，沸点低，并具有无色、无毒、无味、不助燃等特性，在航空航天、电子工业、超导磁体、超导电缆的冷却和低温生物医疗等领域应用广泛。
[0004]液氮在上述多个领域都有着重要的应用，但精准地掌握液氮的用量，才能精准确定目标物所需降温的幅度，所以深入地研究液氮汽化热计算、液氮存储冷却装置、液氮流量控制以及液氮喷射装置设计是研究液氮冷却的关键技术。液氮的沸点是零下196℃，属于超低温的范畴。因为液氮较比其他冷却剂制造成本低，更加安全且不需要回收利用，所以一直以来液氮流量控制系统的精度要求不高。
[0005]针对上述问题和战机隐身需求，本项目重点研究飞机后体及发动机高温部件主动液氮冷却技术，研究精准液氮流量控制方法及针对特定目标的汽化热计算，为主动制冷提供准确参考和借鉴。同时该冷却控制系统还可以应用到电子元器件制冷等低温工程中，也为液氢和液氦等更低温液体的管路输送和流量精准控制设计提供参考。项目研究具有重大的军事价值和较好的社会意义。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种液氮喷射主动制冷装置及其流量精准控制方法，具体提出了超低温液氮喷射制冷装置的设计方法、液氮流量精准控制的控制器开发，以及上位机远程显示与控制界面的开发。本专利技术完成了超低温液氮制冷喷射装置，开发了相应的流量控制器，并实现上位机远程显示与控制。液氮喷射系统装置涉及的超低温液氮流量计、超低温液氮流量调节阀、超低温液氮电磁阀等超低温设备的组成方式、超低温液氮喷射管路的流量控制器，并实现上位机通讯设计以及上位机通讯界面的开发。
[0007]一方面，一种液氮喷射主动制冷装置，包括液氮存储装置、液氮喷射流量调节及喷
射装置、以及流量控制器；
[0008]其中液氮存储装置为氮气增压型液氮存储装置或自增压型液氮存储装置，所述氮气增压型液氮存储装置包括液氮充装阀1、增压阀2、排空阀3、液相阀7以及安全套组，安全套组包括主安全阀4、爆破片5和副安全阀6；其中液氮充装阀1、增压阀2、排空阀3以及安全套组分别通过不同管路连接到液氮瓶之内；液相阀7设置于液氮瓶体下侧下沉管路上；
[0009]所述的自增压型液氮存储装置包括液氮充装阀1、增压阀2、排空阀3、安全套组、液相阀7、汽化器15、调压阀16、止回阀17组成；其中液氮充装阀1、增压阀2、排空阀3以及安全套组分别通过不同管路连接到液氮瓶之内；液相阀7、汽化器15、调压阀16、止回阀17设置于液氮瓶体下侧下沉管路上；
[0010]所述液氮喷射流量调节及喷射装置包括流量计8、压力变送器9、管道安全阀10、调节阀11、排空电磁阀12、温度变送器13、主电磁阀14；流量计8、压力变送器9、管道安全阀10、调节阀11、排空电磁阀12、温度变送器13、主电磁阀14通过下沉管路与液氮存储装置进行连接，其中管道安全阀10需设置于调节阀11和流量计8中间，以及调节阀11和排空电磁阀12中间管路处；
[0011]所述液氮喷射流量调节及喷射装置根据需求设置为一路或多路；排空电磁阀根据需要设置有无；
[0012]所述液氮喷射流量调节及喷射装置管路出口处为液态；
[0013]所述流量控制器连接流量计8和调压阀16、主电磁阀14以及排空电磁阀12，通过Modbus_RTU协议采用RS485总线进行通信，将命令信息输入给主控模块寄存器中，依靠主控模块程序运行实现双路液氮流量控制并在上位机界面进行显示；所述主控模块程序包括物理量的实时采集、PID控制程序设计、控制量的实时输出。上位机程序设计主要包括串口的收发程序、数据的显示程序、数据的保存程序。
[0014]所述流量控制器包括主控模块、控制器板载电源、反馈信号采集模块、调节阀控制电路模块、RS485串口通讯模块以及电磁阀I/O输出模块；所述反馈信号采集模块连接主控模块的ADC接口，所述调节阀控制电路模块连接主控模块的DAC接口，所述电磁阀I/O输出模块受主控模块的GPIO接口控制，所述RS485串口通讯模块连接主控模块的串口用于串口通信，所述控制器板载电源为流量控制器供电；
[0015]一种液氮喷射制冷装置的流量控制方法，基于前述一种液氮喷射主动制冷装置实现，具体步骤如下。
[0016]步骤1：根据飞行器状态及需求确认液氮的喷射流量值；
[0017]步骤2：将液氮罐内的压力调整至所需状态；
[0018]其中氮气增压型液氮喷射装置打开液氮存储装置的增压阀2，并根据需求对压力状态进行调整；
[0019]自增压型液氮喷射装置通过汽化器15自动完成增压过程，并根据需求对压力状态进行调整；
[0020]步骤3：打开液相阀7；同时观察其他阀的状态处于正常；
[0021]步骤4：将流量值或对应开度输入至上位机中，并发送数据，对应的通信数据将根据Modbus_RTU协议标准，创建通信报文，采用RS485总线与控制器进行通信，将此数据写入到控制器的保持寄存器地址中；
[0022]步骤5：流量控制器运行主控模块程序，包括物理量的实时采集、PID控制程序、控制量的实时输出，以此实现液氮喷射的流量控制；主电磁阀14与排空电磁阀12的GPIO端口根据步骤4中的通信报文实现输出有无，结合电磁阀I/O输出模块最终实现电磁阀开关状态的控制；调节阀11根据步骤4中的通信报文在闭环模式下获取由上位机键入的流量信息并通过PID控制算法计算出需求流量开度信息，或在开环模式下直接获取由上位机键入的开度信息，再结合调节阀控制电路模块最终实现流量的控制；
[0023]步骤6：上位机继续进行通信，读取保持寄存器地址中的数据，以获得流量控制器采集到的实时数据，用来在上位机主界面显示。
[0024]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0025]本专利技术提供一种液氮喷射主动制冷装置及其流量精准控制方法，设计了一种精准超低温液氮喷射制冷装置的设计，并开发出液氮喷射流量控制器，通过上位机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液氮喷射主动制冷装置，其特征在于，包括液氮存储装置、液氮喷射流量调节及喷射装置、以及流量控制器；其中液氮存储装置为氮气增压型液氮存储装置或自增压型液氮存储装置；所述液氮喷射流量调节及喷射装置包括流量计8、压力变送器9、管道安全阀10、调节阀11、排空电磁阀12、温度变送器13、主电磁阀14；流量计8、压力变送器9、管道安全阀10、调节阀11、排空电磁阀12、温度变送器13、主电磁阀14通过下沉管路与液氮存储装置进行连接，其中管道安全阀10需设置于调节阀11和流量计8中间，以及调节阀11和排空电磁阀12中间管路处；所述流量控制器连接流量计8和调压阀16、主电磁阀14以及排空电磁阀12，通过Modbus_RTU协议采用RS485总线进行通信，将命令信息输入给主控模块寄存器中，依靠主控模块程序运行实现双路液氮流量控制并在上位机界面进行显示。2.根据权利要求1所述的一种液氮喷射主动制冷装置，其特征在于，所述氮气增压型液氮存储装置包括液氮充装阀1、增压阀2、排空阀3、液相阀7以及安全套组，安全套组包括主安全阀4、爆破片5和副安全阀6；其中液氮充装阀1、增压阀2、排空阀3以及安全套组分别通过不同管路连接到液氮瓶之内；液相阀7设置于液氮瓶体下侧下沉管路上；所述的自增压型液氮存储装置包括液氮充装阀1、增压阀2、排空阀3、安全套组、液相阀7、汽化器15、调压阀16、止回阀17组成；其中液氮充装阀1、增压阀2、排空阀3以及安全套组分别通过不同管路连接到液氮瓶之内；液相阀7、汽化器15、调压阀16、止回阀17设置于液氮瓶体下侧下沉管路上。3.根据权利要求1所述的一种液氮喷射主动制冷装置，其特征在于，所述流量控制器包括主控模块、控制器板载电源、反馈信号采集模块、调节阀控制电路模块、RS485串口通讯模块以及电磁阀I/O输出模块；所述反馈信号采集模块连接主控模块的ADC接口，所述调节阀控制电路模块连接主控模块的DAC接口，所述电磁阀I/O输出模块受主控模块的GPIO接口控制，所述RS485串口通讯...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅莉，谢晶，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：