一種用于除冰實(shí)驗(yàn)的冰厚實(shí)時(shí)測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)冰測定領(lǐng)域，尤其是一種用于防冰、除冰實(shí)驗(yàn)的裝置，具體為一種用于除冰實(shí)驗(yàn)的冰厚實(shí)時(shí)測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在飛行器的飛行過程中，當(dāng)大氣條件導(dǎo)致在飛行器的表面結(jié)冰，將會(huì)改變飛行器的氣動(dòng)特性，以飛機(jī)為例，其會(huì)使飛機(jī)的升力下降，阻力增加，操縱性、穩(wěn)定性降低并惡化，極易造成飛機(jī)失事，嚴(yán)重威脅飛行安全。
[0003]針對(duì)飛行器的防除冰問題，人們已經(jīng)研究了大量的防、除冰方法及裝置。這些方法主要包括:化學(xué)法、加熱法、熱氣法、機(jī)械除冰、微波除冰；其中，化學(xué)法是依靠在飛行器表面噴灑涂防冰化學(xué)試劑，實(shí)現(xiàn)防除冰目的；而加熱法則是將防除冰區(qū)域表面溫度提高到凍結(jié)溫度之上，實(shí)現(xiàn)防除冰目的；熱氣法通過發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引出的熱氣，實(shí)現(xiàn)除冰；機(jī)械除冰則是采用機(jī)械方法使蒙皮產(chǎn)生撓曲，進(jìn)而將冰破碎并除去，微波除冰是利用微波能對(duì)表面冰加熱，使冰層溫度升高，在氣動(dòng)力或慣性力幫助下達(dá)到除冰目的。
[0004]針對(duì)現(xiàn)有的各種除防冰方法及裝置，如何對(duì)其除、防冰能力進(jìn)行驗(yàn)證，成為迫切需要解決的問題。目前常規(guī)的方法是將除防冰裝置置于過冷環(huán)境中，經(jīng)噴淋結(jié)冰后，直接測量相應(yīng)除防冰裝置開啟前后冰層厚度的變化，通常采用量尺測量冰厚變化。然而，該方法的測量誤差大，且結(jié)冰過程中冰層的微小變化無法實(shí)時(shí)捕捉。
[0005]因此，迫切需要一種新的裝置，以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)現(xiàn)有方法在進(jìn)行除、防冰效果驗(yàn)證過程中，通過量尺測量防冰裝置開啟前后冰層厚度的變化，存在測量誤差大、結(jié)冰過程中冰層的微小變化無法實(shí)時(shí)捕捉的問題，提供一種用于除冰實(shí)驗(yàn)的冰厚實(shí)時(shí)測量裝置。本發(fā)明采用自身制冷，通過水霧噴頭噴出的噴霧凍結(jié)成冰，同時(shí)通過支撐板的設(shè)置為除防冰裝置的設(shè)置留有空間，并通過光纖傳感器沿豎直方向的錯(cuò)層布置，進(jìn)而實(shí)時(shí)測量實(shí)驗(yàn)材板上冰厚的變化情況，且有效增大了結(jié)冰厚度的測量范圍。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，構(gòu)思巧妙，使用方便，能夠?qū)崟r(shí)測量除防冰裝置開啟前、后實(shí)驗(yàn)板上冰的厚度變化數(shù)據(jù)，為除防冰裝置的研發(fā)及工作效果評(píng)估提供有利的技術(shù)支持，具有較好的應(yīng)用前景。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種用于除冰實(shí)驗(yàn)的冰厚實(shí)時(shí)測量裝置，包括支撐架、設(shè)置在支撐架上的支撐板、設(shè)置在支撐架上的滑軌、滑動(dòng)連接件、采用待測材料制成的實(shí)驗(yàn)板、與實(shí)驗(yàn)板相配合的保溫箱、制冷裝置、能對(duì)制冷裝置進(jìn)行散熱的散熱裝置、設(shè)置在支撐板上的光纖傳感器、水霧噴頭、控制系統(tǒng)，所述制冷裝置、散熱裝置、光纖傳感器分別與控制系統(tǒng)相連；
所述滑軌為兩個(gè)且平行設(shè)置在支撐板上方，所述滑動(dòng)連接件兩端分別與滑軌相連，所述滑動(dòng)連接件穿過保溫箱且滑動(dòng)連接件能相對(duì)滑軌移動(dòng)； 所述制冷裝置設(shè)置在支撐板上且制冷裝置能對(duì)實(shí)驗(yàn)板制冷，所述實(shí)驗(yàn)板位于制冷裝置上方，所述散熱裝置位于制冷裝置下方，所述水霧噴頭設(shè)置在滑動(dòng)連接件上且水霧噴頭能向?qū)嶒?yàn)板噴射水霧；
所述光纖傳感器為至少兩個(gè)且分別穿過實(shí)驗(yàn)板，至少一個(gè)光纖傳感器的頂端位于實(shí)驗(yàn)板所在平面上，至少一個(gè)光纖傳感器的頂端所在水平面位于實(shí)驗(yàn)板所在水平面上方。
[0008]所述制冷裝置為半導(dǎo)體制冷片。
[0009]所述散熱裝置包括與制冷裝置發(fā)熱面相連的散熱片、設(shè)置在散熱片上的散熱風(fēng)扇。
[0010]所述散熱片采用鰭形散熱片。
[0011]所述保溫箱包括與實(shí)驗(yàn)板相配合的箱體、與箱體相配合的箱蓋，所述滑動(dòng)連接件能穿過箱體且相對(duì)箱體移動(dòng)。
[0012]所述滑動(dòng)連接件包括滑塊、噴頭支架，所述滑塊設(shè)置在滑軌上，所述噴頭支架與滑塊相連且滑塊能帶動(dòng)噴頭支架相對(duì)滑軌移動(dòng)。
[0013]所述支撐板上設(shè)置分別有凸起、凹槽，所述制冷裝置設(shè)置在支撐板的凸起上，所述光纖傳感器設(shè)置在支撐板的凹槽上。
[0014]所述支撐板由凸起、凹槽交錯(cuò)連接而成。
[0015]所述光纖傳感器沿豎直方向錯(cuò)層布置。
[0016]所述光纖傳感器為四個(gè)。
[0017]所述光纖傳感器為四個(gè)，分別記為第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感器，所述第一傳感器頂端位于實(shí)驗(yàn)板所在平面上，所述第二傳感器的頂端所在水平面位于第一傳感器所在水平面上方，所述第三傳感器的頂端所在水平面位于第二傳感器所在水平面上方，所述第四傳感器的頂端所在水平面位于第三傳感器所在水平面上方。
[0018]所述第二傳感器的頂端所在水平面與第一傳感器所在水平面的高度差、第三傳感器的頂端所在水平面與第二傳感器所在水平面的高度差、第四傳感器的頂端所在水平面與第三傳感器所在水平面的高度差分別為h，所述h為光纖傳感器測量冰厚的上限值。
[0019]所述h>0。
[0020]所述光纖傳感器均布于支撐板上。
[0021]針對(duì)前述問題，本發(fā)明提供一種用于除冰實(shí)驗(yàn)的冰厚實(shí)時(shí)測量裝置，為防除冰設(shè)備研發(fā)提供技術(shù)支持。該裝置包括支撐架、設(shè)置在支撐架上的支撐板、設(shè)置在支撐架上的滑軌、滑動(dòng)連接件、采用待測材料制成的實(shí)驗(yàn)板、與實(shí)驗(yàn)板相配合的保溫箱、制冷裝置、能對(duì)制冷裝置進(jìn)行散熱的散熱裝置、設(shè)置在支撐板上的光纖傳感器、水霧噴頭、控制系統(tǒng)，制冷裝置、散熱裝置、光纖傳感器分別與控制系統(tǒng)相連。
[0022]本發(fā)明包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、制冷機(jī)構(gòu)、測量機(jī)構(gòu)。其中，移動(dòng)機(jī)構(gòu)如下:滑軌為兩個(gè)且平行設(shè)置在支撐板上方，滑動(dòng)連接件兩端分別與滑軌相連，滑動(dòng)連接件穿過保溫箱且滑動(dòng)連接件能相對(duì)滑軌移動(dòng)。制冷機(jī)構(gòu)如下:制冷裝置設(shè)置在支撐板上且制冷裝置能對(duì)實(shí)驗(yàn)板制冷，實(shí)驗(yàn)板位于制冷裝置上方，散熱裝置位于制冷裝置下方，水霧噴頭設(shè)置在滑動(dòng)連接件上且水霧噴頭能向?qū)嶒?yàn)板噴射水霧。測量機(jī)構(gòu)如下:光纖傳感器為至少兩個(gè)且分別穿過實(shí)驗(yàn)板，至少一個(gè)光纖傳感器的頂端位于實(shí)驗(yàn)板所在平面上，至少一個(gè)光纖傳感器的頂端所在水平面位于實(shí)驗(yàn)板所在水平面上方。
[0023]本發(fā)明工作時(shí)，控制系統(tǒng)首先啟動(dòng)制冷裝置、散熱裝置，通過制冷裝置為實(shí)驗(yàn)板提供冷量并使其降溫，散熱裝置將制冷裝置產(chǎn)生的熱量散走。當(dāng)實(shí)驗(yàn)板降至設(shè)定溫度后，開啟水霧噴頭，水霧噴頭連接供水系統(tǒng)并產(chǎn)生水霧，同時(shí)使滑動(dòng)連接件相對(duì)滑軌進(jìn)行往復(fù)勻速運(yùn)動(dòng)，水霧噴頭產(chǎn)生的水霧撞擊在實(shí)驗(yàn)板上，并在實(shí)驗(yàn)板上形成均勻的冰層。在冰層初步形成時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)光纖傳感器，測定冰厚。當(dāng)采用兩個(gè)光纖傳感器時(shí)，兩個(gè)光纖傳感器頂端的高度差為Η ;開始時(shí)，頂端位于實(shí)驗(yàn)板所在平面上的光纖傳感器首先進(jìn)行測量，冰厚為匕，當(dāng)冰厚為Η時(shí)，關(guān)閉頂端位于實(shí)驗(yàn)板所在平面上的光纖傳感器，開啟位于實(shí)驗(yàn)板上方的Η處的光纖傳感器，該傳感器測定的測量值為h2，則冰厚的高度為Η+ h20當(dāng)采用四個(gè)傳感器時(shí)，當(dāng)冰厚為2H時(shí)，開啟位于實(shí)驗(yàn)板上方的2H處的光纖傳感器，關(guān)閉其他光纖傳感器，該傳感器測定的測量值為h3，則冰厚的高度為2H+ h3;當(dāng)冰厚為3H時(shí)，開啟位于實(shí)驗(yàn)板上方的3H處的光纖傳感器，關(guān)閉其他光纖傳感器，該傳感器測定的測量值為h4，則冰厚的高度為3H+h4o現(xiàn)有的光纖傳感器僅能測定某一特定范圍內(nèi)的冰厚，本發(fā)明通過對(duì)光纖傳感器位置的設(shè)計(jì)，將多個(gè)光纖傳感器沿豎直方向的交錯(cuò)布置，使得多個(gè)相同的傳感器組合，能夠極大拓展傳感器的測量范圍。
[0024]制冷裝置采用半導(dǎo)體制冷片；散熱裝置包括與制冷裝置發(fā)熱面相連的散熱片、設(shè)置在散熱片上的散熱風(fēng)扇，進(jìn)一步，散熱片采用鰭形散熱片；滑動(dòng)連接件包括滑塊、噴頭支架，滑塊設(shè)置在滑軌上，噴頭支架與滑塊相連且滑塊能帶動(dòng)噴頭支架相對(duì)滑軌移動(dòng)。采用前述結(jié)構(gòu)，有利于設(shè)備的維護(hù)，降低維護(hù)成本。
[0025]支撐板上設(shè)置分別有凸起、凹槽，制冷裝置設(shè)置在支撐板的凸起上，光纖傳感器設(shè)置在支撐板的凹槽上，進(jìn)一步，支撐板由凸起、凹槽交錯(cuò)連接而成。其中，制冷裝置的制冷面與實(shí)驗(yàn)板緊密貼合，制冷裝置的發(fā)熱面與支撐板貼合；支撐板的凸起上方設(shè)置制冷裝置，下方形成放置散熱裝置的空間，散熱片通過支撐板與制冷裝置的發(fā)熱面相連，散熱風(fēng)扇固裝在散熱片上。同時(shí)，采用前述結(jié)構(gòu)，在支撐板與實(shí)驗(yàn)板之間能夠形成中間空隙，進(jìn)而有利于防、除冰裝置的設(shè)置。
[0026]光纖傳感器為四個(gè)，分別記為第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感器，第一傳感器頂端所在水平面位于實(shí)驗(yàn)板所在平面上，第二傳感器與第一傳感器所在水平面的高度差、第三傳感器所在水平面與第二傳感器所在水平面的高度差、第四傳感器所在水平面與第三傳感器所在水平面的高度差均為h，h為光纖傳感器測量冰厚的上限值，即h為光纖傳感器測量冰厚的最大值。采用該結(jié)構(gòu)，能夠測量0~3h范圍內(nèi)的冰厚。同時(shí)，本發(fā)明采用多個(gè)傳感器分段測試，有利于提高測量精度。若采用單個(gè)傳感器測量0~3h后的冰厚，當(dāng)測量厚度較大時(shí)，現(xiàn)有傳感器能以滿足需要，且存在誤差范圍較大的問題，能以滿足實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測量冰厚的目的。
[0027]綜上所述，本發(fā)明采用自身制冷，通過水霧噴頭噴出的噴霧凍結(jié)成冰，同時(shí)通過支撐板的設(shè)置為除防冰裝置的設(shè)置留有空間，并通過光纖傳