一种飞机试验淋雨模拟装置及模拟方法与流程

1.本发明涉及飞机测试技术领域，具体是涉及一种飞机试验淋雨模拟装置及模拟方法。


背景技术：

2.航空飞机的淋雨试验通常采用可模拟多种气候环境的气候环境实验室进行淋雨环境的模拟，气候环境实验室是指在该实验室内可模拟多种气候环境，淋雨环境为模拟环境之一。
3.淋雨模拟装置无法在实验室内设计成固定形式，否则在不进行淋雨试验时该装置也需经受严酷的其他气候环境，技术难度加大，且研制经费增多，因此淋雨模拟装置应设计成可移动式、且方便拆卸和运输。气候环境实验室淋雨试验的对象通常为体积较大的产品或装备，喷淋阵进行整体设计不利于飞机淋雨试验设备的安装和拆卸。
4.目前国内淋雨模拟装置通常为专用的淋雨实验室，喷淋装置及供水管路多为一体化固定式，且降雨强度为固定值或调节范围较小，不适用于大型装备飞机淋雨试验要求。通过上述分析，现有淋雨模拟装置设计不能完全适用于大型综合气候环境实验室淋雨试验，因此有必要设计一种模块化淋雨模拟装置，不仅满足气候环境实验室淋雨试验参数要求，而且可以实现宽范围降雨强度，还易于安装和拆卸。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种飞机试验淋雨模拟装置及模拟方法，可应用于飞机淋雨试验。
6.本发明的技术方案是：一种飞机试验淋雨模拟装置，包括模块式喷淋架、设置于所述模块式喷淋架上的多条供水管路、用于固定供水管路的多个管夹、设于供水管路上的喷嘴、用于吊装模块式喷淋架的平衡吊点；所述模块式喷淋架由相互拼接的多个模块框架一构成，每个所述模块框架一是由纵横交错的多个铝合金材质的横梁一拼接而成，每个模块框架一侧壁分别设有相对分布的两组连接挂钩和两组连接挂环，模块框架一四角处各设有一个存储座一，所述存储座一上端设有卡接凹口，模块框架一侧壁对应两组连接挂钩处设有豁口，所述豁口内设有转动连接杆，所述连接挂钩包括与所述转动连接杆外壁通过套筒连接的安装杆、与所述安装杆连接的钩环、设于所述钩环内壁末端的抵块、一端通过扭簧与钩环内壁连接且另一端与所述抵块内侧抵接的压杆，所述安装杆的高度小于存储座一底端距模块框架一底端之间的高度；所述供水管路通过管夹与横梁一连接，所述平衡吊点通过包围式结构设于横梁一上，所述喷嘴有多组，多组喷嘴均转动套接在供水管路上。
7.作为本发明的一种可选方案，每个所述模块框架一的尺寸设计为2.75m
×
2.75m，由于实验室上部运输轨道间距为6.1m，设置该尺寸大小的模块框架可方便模块框架一的吊
装。
8.作为本发明的一种可选方案，所述管夹包括夹持于供水管路上下两侧的上夹体和下夹体、用于连接所述上夹体与下夹体的防松螺杆螺母组件、设于上夹体和下夹体内壁的防滑橡胶、预埋于模块框架一内且与所述防滑橡胶相对设置形成压紧连接结构的弹性半圆块一，每条供水管路上布置多个管夹，使供水管路载荷呈多点均布在模块式喷淋架上，避免应力集中；考虑到供水管路的抗震防松设计，将弹性半圆块一预埋在横梁一、横梁二以及横梁三中，拧紧螺栓时，管夹底座与弹性半圆块一均与各个横梁内外表面形成摩擦压紧连接，同时各个横梁的截面形状对限制弹性半圆块一具有限位作用，通过防松螺杆螺母组件的防松预紧，可有效保证各管路安装稳定可靠。
9.作为本发明的一种可选方案，所述平衡吊点包括可扣接于横梁上的吊装块、与所述吊装块形成包围结构的盖板、用于连接吊装块和盖板的固定螺栓、活动安装于吊装块上端的吊环、预埋于吊装块内且与横梁之间形成压紧结构的弹性半圆块二，平衡吊点采用包围式结构将铝合金材质辅梁包围在矩形框内，该结构形式的平衡吊点可防止模块式喷淋架坠落，吊环作为起吊孔，采用定位螺钉结合弹性半圆块二的形式，防止平衡吊点移动。
10.作为本发明的一种可选方案，所述喷嘴具有四种型号，分别为qga-1.5、qga-2.8w、qga-5.6w、qga-10w，qga-1.5的喷孔直径是1.2mm，qga-2.8w的喷孔直径是1.6mm，qga-5.6w的喷孔直径是2.4mm，qga-10w的喷孔直径是2.8mm，上述四种型号喷嘴通过七种组合形式安装于供水管路上，通过不同组合形式喷嘴实现不同降雨强度的控制。
11.喷嘴的七种组合形式具体见表1：表1：喷嘴的组合形式表作为本发明的一种可选方案，所述模块式喷淋架采用折叠式喷淋架代替，所述折叠式喷淋架包括模块框架二、设于所述模块框架二左右两侧的两个折叠框架，所述折叠框架是由多个拼接子板构成，相邻两个拼接子板之间通过铰链连接，模块框架二四角处设有存储座二，模块框架二是由纵横交错的多个铝合金材质的横梁二拼接而成，各个拼接子板内设有横梁三，所述供水管路通过管夹与横梁二和横梁三连接，所述平衡吊点通过包围式
结构设于横梁二和横梁三上，可通过相向压合各个拼接子板使其折叠起来，节省空间，当折叠框架需要展开时，向外拉动各个拼接子板即可。
12.作为本发明的一种可选方案，所述模块框架二前后两侧均设有卡环，两个折叠框架距离模块框架二最远侧的两个拼接子板上设有与所述卡环对应的卡勾，通过将卡勾与卡环对折叠后的模块框架二和折叠框架捆住，保证折叠后各个框架的紧凑性，避免散开影响搬运。
13.作为本发明的一种可选方案，所述两个折叠框架距离模块框架二最远侧的两个拼接子板上设有拉手，方便折叠和展开，提高操作的便捷性。
14.作为本发明的一种可选方案，上述飞机试验淋雨模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：s1、综合考虑降雨强度、降雨均匀性的要求，对喷嘴进行选型、计算喷嘴数量，并对喷嘴进行布局，包括：s1-1、喷嘴选型：喷嘴选用实心喷嘴，喷嘴喷射的水滴直径要求在0.5mm至4.5mm范围内，根据所述水滴直径要求选择相应型号的喷嘴或采用几种型号的喷嘴进行组合；s1-2、喷嘴数量的计算，计算公式如下：其中，为喷嘴的总数量，为降雨强度，单位为m/h，为降雨面积，单位为m2，为单个喷嘴的流量，单位为m3/h；s1-3、根据喷淋面的大小，将多个模块式喷淋架拼接在一起形成喷淋阵，所述喷淋阵的面积与喷淋面的大小相对应，再根据s1-2所确定的喷嘴的总数量，确定在单个模块式喷淋架上布置的喷嘴的数量；当模块式喷淋架采用相互拼接的多个模块框架一时，根据模块框架一的数量进一步确定单个模块框架一上的喷嘴的数量，当模块式喷淋架采用折叠式喷淋架时，根据折叠式喷淋架的数量进一步确定单个模块框架二及折叠框架上的喷嘴的数量；s1-4、根据降雨均匀性的要求，考虑到喷嘴喷射角度为120
°
，单个喷嘴的喷淋流量分布呈现中心流量多边缘流量少的趋势，故需在每个模块框架一上，或每个模块框架二及折叠框架上，布置4~12个喷嘴，通过多个喷嘴进行喷淋叠加可以实现喷淋面全覆盖并提高喷淋均匀性；s2、飞机淋雨试验：在飞机周线外围再布置1~3排喷嘴，根据所需的降雨强度，开启相应的喷嘴布局模式，进行淋雨试验。
15.上述模块式喷淋架的拆装方法为：当各个模块框架一叠放时，各个模块框架一由上至下依次排列，且将位于上端的模块框架一对应的存储座一插入位于下端的模块框架一的卡接凹口内，此时，通过转动连接杆使钩环朝竖直方向放置，目的是节省放置空间；当需要将各个模块框架一铺设安装时，将各个模块框架一从左向右依次展开放置，分别转动每个转动连接杆，使每个连接挂钩处
于水平位置，然后，将各个模块框架一上的钩环挂在与之相邻的模块框架一对应的连接挂环内即可。
16.上述折叠式喷淋架的拆装方法为：当各个折叠框架折叠并与模块框架二连接时，将卡勾从卡环上取下，通过向外拉动拉手使各个拼接子板展开即可，当需要折叠时，通过向内压合拉手使各个拼接子板折叠起来，同时将卡勾卡入卡环即可。
17.本发明的有益效果是：（1）为满足飞机气候环境实验室淋雨试验喷淋面积大，且方便拆卸和安装的要求，本发明对淋雨模拟装置进行两种不同的模块化设计，模块化设计的优点是针对具体的试验对象，可根据试验对象的结构外形进行拼接组合，且方便安装、拆卸及运输。
18.（2）本发明通过采用四种不同型号的喷嘴组成七种不同的组合形式，在不更换喷嘴的前提下，可实现宽范围连续降雨强度的调节，避免飞机淋雨试验中断。
19.（3）本发明通过在每条供水管路上布置多个管夹，使供水管路载荷呈多点均布在模块式喷淋架上，避免应力集中，降低模块式喷淋架连接的牢靠性，同时，在横梁上设置平衡吊点对其进行起吊，可防止模块式喷淋架坠落。
附图说明
20.图1是本发明的飞机试验淋雨模拟装置的模拟方法的第一流程示意图；图2是本发明的飞机试验淋雨模拟装置的模拟方法的第二流程示意图；图3是本发明的模块框架一的结构示意图；图4是本发明的模块框架二与折叠框架的连接示意图；图5是本发明的模块框架二的结构示意图；图6是本发明的管夹的结构示意图。
21.图7是本发明的管夹与供水管路的连接示意图；图8是本发明的平衡吊点的结构示意图；图9是本发明的与平衡吊点与模块框架一的结构示意图。
22.其中，1-模块式喷淋架、10-模块框架一、100-连接挂钩、1000-安装杆、1001-钩环、1002-抵块、1003-压杆、101-连接挂环、102-存储座一、103-卡接凹口、104-豁口、1040-转动连接杆、105-套筒、11-横梁一、12-模块框架二、120-存储座二、121-卡环、13-折叠框架、130-拼接子板、131-铰链、132-横梁三、133-卡勾、134-拉手、14-横梁二、2-供水管路、3-管夹，30-上夹体、31-下夹体、32-防松螺杆螺母组件、33-防滑橡胶、34-弹性半圆块一、4-喷嘴、5-平衡吊点、50-吊装块、51-盖板、52-固定螺栓、53-吊环、54-弹性半圆块二。
具体实施方式
23.下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。
24.实施例1如图3所示，一种飞机试验淋雨模拟装置，包括模块式喷淋架1、设置于模块式喷淋架1上的9条供水管路2、用于固定供水管路2的4个管夹3、设于供水管路2上的喷嘴4、用于吊
装模块式喷淋架1的平衡吊点5；模块式喷淋架1由相互拼接的3个模块框架一10构成，每个模块框架一10是由纵横交错的两个铝合金材质的横梁一11拼接而成，每个模块框架一10侧壁分别设有相对分布的两组连接挂钩100和两组连接挂环101，模块框架一10四角处各设有一个存储座一102，存储座一102上端设有卡接凹口103，模块框架一10侧壁对应两组连接挂钩100处设有豁口104，豁口104内设有转动连接杆1040，连接挂钩100包括与转动连接杆1040外壁通过套筒105连接的安装杆1000、与安装杆1000连接的钩环1001、设于钩环1001内壁末端的抵块1002、一端通过扭簧与钩环1001内壁连接且另一端与抵块1002内侧抵接的压杆1003，安装杆1000的高度小于存储座一102底端距模块框架一10底端之间的高度；供水管路2通过管夹3与横梁一11连接，平衡吊点5通过包围式结构设于横梁一11上，喷嘴4有多组，多组喷嘴4均转动套接在供水管路2上；每个模块框架一10的尺寸设计为2.75m
×
2.75m；如图6、7所示，管夹3包括夹持于供水管路2上下两侧的上夹体30和下夹体31、用于连接上夹体30与下夹体31的防松螺杆螺母组件32、设于上夹体30和下夹体31内壁的防滑橡胶33、预埋于模块框架一10内且与防滑橡胶33相对设置形成压紧连接结构的弹性半圆块一34；如图8、9所示，平衡吊点5包括可扣接于横梁10上的吊装块50、与吊装块50形成包围结构的盖板51、用于连接吊装块50和盖板51的固定螺栓52、活动安装于吊装块50上端的吊环53、预埋于吊装块50内且与横梁10之间形成压紧结构的弹性半圆块二54，平衡吊点5采用包围式结构将铝合金材质辅梁10包围在矩形框内；模块式喷淋架1的拆装方法为：当各个模块框架一10叠放时，各个模块框架一10由上至下依次排列，且将位于上端的模块框架一10对应的存储座一102插入位于下端的模块框架一10的卡接凹口103内，此时，通过转动连接杆1040使钩环1001朝竖直方向放置，目的是节省放置空间；当需要将各个模块框架一10铺设安装时，将各个模块框架一10从左向右依次展开放置，分别转动每个转动连接杆1040，使每个连接挂钩100处于水平位置，然后，将各个模块框架一10上的钩环1001挂在与之相邻的模块框架一10对应的连接挂环101内即可。
25.实施例2本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：如图4、5所示，所述模块式喷淋架1采用折叠式喷淋架代替，所述折叠式喷淋架包括模块框架二12、设于模块框架二12左右两侧的两个折叠框架13，折叠框架13由多个拼接子板130构成，相邻两个拼接子板130之间通过铰链131连接，模块框架二12四角处设有存储座二120，模块框架二12是由纵横交错的多个铝合金材质的横梁二14拼接而成，各个拼接子板130内设有横梁三132，供水管路2通过管夹3与横梁二14和横梁三132连接，平衡吊点5通过包围式结构设于横梁二14和横梁三132上；模块框架二12前后两侧均设有卡环121，两个折叠框架13距离模块框架二12最远侧的两个拼接子板130上设有与卡环121对应的卡勾133；两个折叠框架13距离模块框架二12最远侧的两个拼接子板130上设有拉手134；
上述折叠式喷淋架的拆装方法为：当各个折叠框架13折叠并与模块框架二12连接时，将卡勾133从卡环121上取下，通过向外拉动拉手134使各个拼接子板130展开即可，当需要折叠时，通过向内压合拉手134使各个拼接子板130折叠起来，同时将卡勾133卡入卡环121即可。
26.实施例3本实施例记载的是实施例1的飞机试验淋雨模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：s1、综合考虑降雨强度、降雨均匀性的要求，对喷嘴4进行选型、计算喷嘴4数量，并对喷嘴4进行布局，包括：s1-1、喷嘴4选型：喷嘴4选用实心喷嘴，喷嘴4喷射的水滴直径要求在0.5mm至4.5mm范围内，根据水滴直径要求选择相应型号的喷嘴4或采用几种型号的喷嘴4进行组合；s1-2、喷嘴4数量的计算，计算公式如下：其中，为喷嘴4的总数量，为降雨强度，单位为m/h，为降雨面积，单位为m2，为单个喷嘴4的流量，单位为m3/h；s1-3、根据喷淋面的大小，将多个模块式喷淋架1拼接在一起形成喷淋阵，喷淋阵的面积与喷淋面的大小相对应，再根据s1-2所确定的喷嘴4的总数量，确定在单个模块式喷淋架1上布置的喷嘴4的数量；模块式喷淋架1采用相互拼接的多个模块框架一10，根据模块框架一10的数量进一步确定单个模块框架一10上的喷嘴4的数量；s1-4、根据降雨均匀性的要求，考虑到喷嘴4喷射角度为120
°
，单个喷嘴4的喷淋流量分布呈现中心流量多边缘流量少的趋势，故需在每个模块框架一10上布置4个喷嘴4，通过多个喷嘴4进行喷淋叠加可以实现喷淋面全覆盖并提高喷淋均匀性；s2、飞机淋雨试验：在飞机周线外围再布置1排喷嘴4，根据所需的降雨强度，开启相应的喷嘴布局模式，进行淋雨试验。
27.实施例4本实施例记载的是实施例2的飞机试验淋雨模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：s1、综合考虑降雨强度、降雨均匀性的要求，对喷嘴4进行选型、计算喷嘴4数量，并对喷嘴4进行布局，包括：s1-1、喷嘴4选型：喷嘴4选用实心喷嘴，喷嘴4喷射的水滴直径要求在0.5mm至4.5mm范围内，根据水滴直径要求选择相应型号的喷嘴4或采用几种型号的喷嘴4进行组合；s1-2、喷嘴4数量的计算，计算公式如下：其中，为喷嘴4的总数量，为降雨强度，单位为m/h，为降雨面积，单位为m2，为单个喷嘴4的流量，单位为m3/h；
s1-3、根据喷淋面的大小，将多个模块式喷淋架1拼接在一起形成喷淋阵，喷淋阵的面积与喷淋面的大小相对应，再根据s1-2所确定的喷嘴4的总数量，确定在单个模块式喷淋架1上布置的喷嘴4的数量；模块式喷淋架1采用折叠式喷淋架，根据折叠式喷淋架的数量进一步确定单个模块框架二12及折叠框架13上的喷嘴4的数量；s1-4、根据降雨均匀性的要求，考虑到喷嘴4喷射角度为120
°
，单个喷嘴4的喷淋流量分布呈现中心流量多边缘流量少的趋势，故需在每个模块框架二12及折叠框架13上布置12个喷嘴4，通过多个喷嘴4进行喷淋叠加可以实现喷淋面全覆盖并提高喷淋均匀性；s2、飞机淋雨试验：在飞机周线外围再布置3排喷嘴4，根据所需的降雨强度，开启相应的喷嘴布局模式，进行淋雨试验。
28.应用例1对于飞机整机淋雨试验，将4种型号的喷嘴qga-1.5、qga-2.8w、qga-5.6w、qga-10w通过7种喷嘴组合实现不同降雨强度，其中，qga-1.5的喷孔直径是1.2mm，qga-2.8w的喷孔直径是1.6mm，qga-5.6w的喷孔直径是2.4mm，qga-10w的喷孔直径是2.8mm，喷嘴的七种组合形式具体见表1：表1：喷嘴的组合形式表由上述组合形式可知，在不更换喷嘴的前提下，可实现宽范围连续降雨强度调节，避免飞机淋雨试验中断。
29.应用例2在气候环境实验室内，首先将喷嘴4安装在模块式喷淋架1的相应位置；然后将淋雨模拟装置的模块式喷淋架1在地面上进行拼接，拼接完成后通过钢丝绳将其吊挂于桁架上，每根钢丝绳上配备一个松紧螺套，方便调节模块式喷淋架1的水平度，要求模块式喷淋架1同一平面内各点高度差在
±
20mm以内，桁架通过钢丝绳或手动葫芦与上部运输系统连接，将模块式喷淋架1吊挂至要求的高度；最后连接模块式喷淋架1之间的供水管路2、模块
式喷淋架1至供水输入端的供水管路2，依据要求的降雨强度，开启相应的喷嘴组合模式，进行飞机淋雨试验；试验计算：假设喷淋面积为3m
×
3m，降雨强度范围为40mm/h～400mm/h，由于降雨强度范围较大，喷嘴4选型及布局从最小降雨强度开始，逐次增大进行设计，考虑到喷嘴4喷射角度约为120
°
，单个喷嘴的喷淋流量分布呈现中心流量多边缘流量少的趋势，在喷淋面内布置4~12个喷嘴，通过喷淋叠加可以实现喷淋面全覆盖及均匀性，以此计算喷嘴4在工作压力范围内所覆盖的降雨强度范围；从最小降雨强度40mm/h开始计算，拟选用qga-2.8w实体锥形喷嘴计算，最小工作压力为1bar，对应的单个喷嘴流量为0.072m3/h，最大工作压力为4bar，对应的单个喷嘴流量为0.138m3/h，通过计算在喷淋面3m
×
3m内布置4个喷嘴，可实现的降雨强度范围为32mm/h～61mm/h；从降雨强度61mm/h开始计算，拟选用qga-5.6w实体锥形喷嘴计算，最小工作压力为0.5bar，对应的单个喷嘴流量为0.108m3/h，最大工作压力为4bar，对应的单个喷嘴流量为0.276m3/h，通过计算在喷淋面3mx3m内布置6个喷嘴，可实现的降雨强度范围为48mm/h～122mm/h；从降雨强度122mm/h开始计算，拟选用qga-10w实体锥形喷嘴计算，最小工作压力为1bar，对应的单个喷嘴流量为0.27m3/h，最大工作压力为4bar，对应的单个喷嘴流量为0.492m3/h，通过计算在喷淋面3m
×
3m内布置12个喷嘴，可实现的降雨强度范围为120mm/h～218mm/h；降雨强度大于218mm/h时，拟选用上述qga-5.6w和qga-10w喷嘴组合实现，工作压力为1bar～4bar，可实现的降雨强度范围为168mm/h～340mm/h；降雨强度大于340mm/h时，拟选用上述qga-2.8w、qga-5.6w和qga-10w喷嘴组合，工作压力为3bar～4bar，可实现的降雨强度范围为296mm/h～402mm/h；采用qga-2.8w、qga-5.6w和qga-10w三种喷嘴可实现40mm/h～400mm/h连续降雨强度；通过测试，通过上述方法获得的喷嘴选型及布局，可实现40mm/h～400mm/h连续降雨，且在全降雨强度范围内喷淋均匀性可达到80%以上，由于淋雨系统降雨强度是通过喷嘴喷淋面相互叠加实现的，因此，为确保飞机表面降雨呈现较好的均匀性，在飞机周线外围至少需多布置1~3排喷嘴。