用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备及其预制方法与流程

本发明涉及发动机吸雹试验，具体涉及一种用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备及其预制方法。

背景技术：

1、民航飞机在运行中常遭遇冰雹天气，发动机吸入冰雹后可能出现发动机机械损伤和不可接受的功率或推力损失，给飞机的安全运行带来危险。

2、为验证航空发动机在雨雹恶劣天气条件下正常工作的能力，我国的适航规章《航空发动机适航规定》33.78条规定了发动机吸入大颗粒冰雹和发动机遭遇雹暴的适航审定技术要求，该要求对发动机吸雹试验的冰雹提出了明确的尺寸要求。发动机吸入大颗粒冰雹试验的考核目标主要是针对发动机压气机尤其是风扇的结构强度不足带来的机械损伤，以及由于机械损坏导致的功率或推力损失或要求发动机停车。

3、大颗粒冰雹的制造方式和尺寸是影响冰雹对发动机压气机零部件撞击能量的重要因素，直接影响试验的严苛度。发动机遭遇雹暴试验的考核目标主要包括两个方面：一方面考核的是发动机突然持续吸入大量冰雹形成的冷工质冲击，造成发动机熄火、降转、喘振和失速等，另一方面考核的是发动机突然持续吸入大量冰雹造成压气机内冰积聚或大量冰雹堵塞压气机放气活门造成发动机机械损伤、操作异常、功率或推力损失等。冰雹的制造方式和尺寸直接影响发动机遭遇雹暴时吸入发动机压气机的水量，同时，尺寸越大的冰雹导致压气机内冰积聚或者堵塞压气机放气活门的风险越大。因此，冰雹的制造方式和尺寸是影响发动机吸雹适航审定试验的重要因素。

4、自然界中冰雹的形成是一个复杂的过程，一般冰雹降落的同时，往往还有“雷暴”天气与之相伴。冰雹诞生于发展强盛的积雨云中，这种云称为冰雹云。冰雹云是由水滴、冰晶和雪花组成，一般分为三层：最下面一层温度在0℃以上，由水滴组成；中间层温度为-20～0℃，由过冷水滴、冰晶和雪花组成；最上面一层温度在-20℃以下，基本由冰晶和雪花组成。在冰雹云中，上升气流变化无常，时强时弱。当上升气流比较强时，它把云的下部水滴带到云的中上层，水滴便很快变冷，凝固成小冰晶。小冰晶在下降过程中，与过冷水滴碰撞后，在小冰晶身上冻结成为一层不透明的冰核，形成了冰雹胚胎。由于冰雹云中气流升降变化很剧烈，冰雹胚胎在空中持续上下翻滚，附着更多的过冷水滴，以滚雪球方式不断增大。当上升气流无法托住不断增大的冰雹时，便降落到地面，形成冰雹。

5、因此，自然界中冰雹形成的条件可以总结如下：1.大气中必须有相当厚的不稳定层存在；2.积雨云必须发展到能使个别大水滴冻结的高度(一般认为温度达-16～-12℃)；3.要有强的风切变；4.云的垂直厚度不能小于6～8千米；5.积雨云内含水量丰富，一般为3～8克/立方米,在最大上升速度的上方有一个液态过冷却水的累积带；6.云内应有倾斜的、强烈而不均匀的上升气流，一般在10～20米/秒或以上。

6、当前，世界各国发动机制造商通常采用不同直径的模具盛水在冰箱中冷冻的方式形成吸雹试验所用的冰雹。这种制造方式与自然界冰雹的形成原理存在差异，造成吸雹适航审定试验所用冰雹的内部结构与航空器在飞行中吸入发动机的冰雹存在差异。同时，这种冰雹制造方式必须在吸雹适航审定试验前制造完成，不能在吸雹适航审定试验过程中实时调节吸入冰雹的尺寸大小，且冰雹从冰箱运输至冰雹发射装置过程中存在冰雹损坏的风险。

7、因此，为了真实模拟遭遇冰雹天气对发动机正常工作的影响，有必要基于自然界冰雹的形成原理，研究一种发动机吸雹试验的冰雹预制设备。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明要解决的技术问题之一是提供一种用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备，以便于实时生产试验所需的冰雹；本发明要解决的技术问题之二是提供一种用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备的预制方法，以模拟自然界中冰雹的形成过程，使得试验用的冰雹更接近自然界中自然产生的冰雹。

2、为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备，包括筒体和驱动该筒体围绕其自身轴线转动的驱动机构；所述筒体内部具有预制腔，所述筒体的侧部设置有多个开口，所述筒体的一端开设有若干投放口，另一端开设有若干发射口，所述开口、所述投放口和所述发射口均与所述预制腔连通；还包括能关闭或开启所述发射口的启闭件。

3、优选地，所述开口为条形口，多个所述开口围绕所述筒体的轴线圆周均布。

4、优选地，所述发射口处安装有发射套筒，该发射套筒的内周形成发射腔，该发射腔沿远离所述预制腔的方向渐缩设置；所述启闭件与所述发射套筒连接。

5、优选地，所述发射套筒与所述筒体可拆卸连接。

6、优选地，所述驱动机构包括转轴和驱动该转轴转动的电机，所述转轴与所述筒体同轴止转连接。

7、优选地，所述转轴贯穿所述筒体的两端。

8、优选地，所述筒体包括柱形的侧板，该侧板上开设有所述开口；所述侧板的两端连接有锥套，该锥套沿远离所述侧板的方向渐缩设置，且两个所述锥套远离所述侧板的一端均连接有端板，两个所述端板上分别设置有所述投放口和所述发射口。

9、为解决上述技术问题之二，本发明提供了一种用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备的预制方法，包括如下步骤：(1)冷冻生成多个冰核；(2)所述驱动机构启动，带动所述筒体转动，同时，经由所述开口，向所述预制腔内释放冷湿空气；(3)将所述冰核经由所述投放口置入所述预制腔内；(4)达到预定时间后，打开所述启闭件，向所述预制腔内通入轴向气流，使得预制腔内的成品冰雹从所述发射口处射出；(5)关闭所述驱动机构。

10、优选地，在所述步骤(1)中，所述冰核的直径不超过成品冰雹直径的50％，且所述冰核无法从所述开口处通过。

11、优选地，在所述步骤(2)中，所述冷湿空气从所述筒体的下方进入所述预制腔。

12、本发明具有如下有益效果：

13、(1)本发明的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备便于实时生产试验所需的冰雹，在使用时，筒体的发射口正对发动机的进气口，预制腔内生产的成品冰雹可以快速进入发动机进气口内，无需对冰雹进行转运，有效避免了冰雹在转运过程中受损的情况。

14、(2)采用本发明的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备的预制方法，能够模拟自然界中冰雹的形成过程，使得试验用的冰雹更接近自然界中自然产生的冰雹。在生产时，从投放口处向预制腔内投放冷冻生成的冰核，在冰核投放进入预制腔时，冷湿空气进入预制腔内与冰核接触，而在筒体转动时，经由开口处进入预制腔内的冷湿空气能够形成倾斜气流，即风切变，能够模拟真实冰雹形成环境。冰核在预制腔中上下翻滚，在低温环境下持续增大，采用这种方法成形的冰雹会具有类似自然界中产生的冰雹的层状结构。最终，满足试验条件规定尺寸的冰雹从发射口处排出并被发动机吸入，完成吸雹试验。

技术特征：

1.一种用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备的预制方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备的预制方法，其特征在于：

10.根据权利要求8所述的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备的预制方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备及其预制方法，其中，用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备包括筒体和驱动该筒体围绕其自身轴线转动的驱动机构；所述筒体内部具有预制腔，所述筒体的侧部设置有多个开口，所述筒体的一端开设有若干投放口，另一端开设有若干发射口，所述开口、所述投放口和所述发射口均与所述预制腔连通；还包括能关闭或开启所述发射口的启闭件。本发明的用于发动机吸雹试验的冰雹预制设备便于实时生产试验所需的冰雹，在使用时，筒体的发射口正对发动机的进气口，预制腔内生产的成品冰雹可以快速进入发动机进气口内，无需对冰雹进行转运，有效避免了冰雹在转运过程中受损的情况。

技术研发人员：涂杰,查筱晨,吴晶峰,宋建宇
受保护的技术使用者：中国民用航空适航审定中心
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23