防除冰大水滴喷嘴.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010236087.8 (22)申请日 2020.03.30 (71)申请人 中国空气动力研究与发展中心低速 空气动力研究所 地址 621000 四川省绵阳市涪城区二环路 南段6号 (72)发明人 赖庆仁柳庆林郭向东王梓旭 (74)专利代理机构 绵阳山之南专利代理事务所 (普通合伙) 51288 代理人 沈强 (51)Int.Cl. G01M 9/04(2006.01) G01M 9/02(2006.01) B05B 7/16(2006.01) B05B 15/00(201。

2、8.01) B05B 15/50(2018.01) (54)发明名称 一种防除冰大水滴喷嘴 (57)摘要 本发明公开了一种防除冰大水滴喷嘴， 包括 主体和连接到主体上的喷嘴部件， 所述主体上从 进口端到出口端分别设置有贯通的第一孔体和 第二孔体， 所述第一孔体同轴设置在第二孔体 内， 所述第一孔体的外壁与第二孔体的内壁之间 为第一腔体， 所述喷嘴部件包括壳体和设置在壳 体内的芯体， 所述壳体与主体连接后芯体的接触 端面与主体的接触端面密封接触、 且接触端面之 间不得设置密封件； 本发明具有实现大水滴的喷 雾功能， 同时可以实现在结冰风洞试验过程中防 除冰， 保证试验的一致性和准确性。 权利要求。

3、书1页 说明书5页 附图5页 CN 111289210 A 2020.06.16 CN 111289210 A 1.一种防除冰大水滴喷嘴， 包括主体和连接到主体上的喷嘴部件， 其特征在于： 所述主体上从进口端到出口端分别设置有贯通的第一孔体和第二孔体， 所述第一孔体 同轴设置在第二孔体内， 所述第一孔体的外壁与第二孔体的内壁之间为第一腔体； 所述喷嘴部件包括壳体和设置在壳体内的芯体， 所述壳体与主体连接后芯体的接触端 面与主体的接触端面密封接触、 且接触端面之间不得设置密封件。 2.根据权利要求1所述的一种防除冰大水滴喷嘴， 其特征在于： 所述芯体包括沿着芯体 轴线贯通设置的第三孔体和围绕第三。

4、孔体圆周设置的若干第四孔体， 所述若干个第四孔体 与第一腔体连通， 所述第三孔体与第一孔体连通。 3.根据权利要求1或2所述的一种防除冰大水滴喷嘴， 其特征在于： 在芯体与主体密封 接触后， 所述第一孔体与第一腔体为独立的空间， 两者相互不连通。 4.根据权利要求2所述的一种防除冰大水滴喷嘴， 其特征在于： 壳体内连接端到另一端 依次包括螺纹连接段、 用于支撑芯体的第一台阶、 壳体端面， 所述壳体端面上设置有锥形喷 孔。 5.根据权利要求4所述的一种防除冰大水滴喷嘴， 其特征在于： 所述第一台阶上的芯体 与壳体端面之间为第二腔体， 第一孔体通过芯体上的第三孔体与第二腔体连通， 第一腔体 通过芯。

5、体上的第四孔体与第二腔体连通。 6.根据权利要求4所述的一种防除冰大水滴喷嘴， 其特征在于： 所述第一台阶的台面为 锥形面， 所述芯体的外形为圆锥柱体， 圆锥柱体与锥形面相匹配。 7.一种防除冰大水滴喷嘴， 包括主体和连接到主体上的喷嘴部件， 其特征在于： 所述主体上从进口端到出口端设置有贯通的第一孔体， 第二孔体的进口端与第一孔体 进口端位置不重叠， 主体上从出口端到进口端方向有部分第一孔体同轴设置在第二孔体 内， 所述第一孔体第二段的外壁与第二孔体的内壁之间为第一腔体； 所述主体上从进口端到出口端有部分第一孔体四周沿着圆周方向设置有电阻丝； 所述喷嘴部件包括壳体和设置在壳体内的芯体， 所述。

6、壳体与主体连接后芯体的接触端 面与主体的接触端面密封接触、 且接触端面之间不得设置密封件。 8.根据权利要求7所述的一种防除冰大水滴喷嘴， 其特征在于： 所述主体上沿着第一孔 体的轴线方向设置有与第一孔体同圆的环形凹槽， 所述电阻丝设置在环形凹槽内。 9.根据权利要求8所述的一种防除冰大水滴喷嘴， 其特征在于： 所述电阻丝为簧形结 构， 簧形的电阻丝环套在第一孔体上。 10.根据权利要求7所述的一种防除冰大水滴喷嘴， 其特征在于： 所述主体上沿着第一 孔体的轴线方向， 在第一孔体四周设置有若干个沉孔， 每一个沉孔内设置一根独立的电阻 丝。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111289210 。

7、A 2 一种防除冰大水滴喷嘴 技术领域 0001 本发明涉及风洞试验领域， 具体涉及到结冰风洞中用于产生大水滴的且具有防除 冰功能的喷嘴。 背景技术 0002 结冰试验是风洞试验中的一种， 其主要功能是模拟大气中的各种环境状态， 而模 拟含有大量水雾的空气状态是最常见的一种结冰试验。 而要实现对于含雾空气的模拟， 那 么其必不可少的就会用到喷嘴。 0003 在风洞试验过程中， 因为需要模拟真实的大气环境， 因此需要若干个喷嘴共同进 行喷雾试验， 而为了保证试验的流场均匀性， 因此需要保证每一个喷嘴的参数一致。 0004 在结冰风洞试验中， 环境温度非常低， 而喷嘴受到其制作材料和结构限制， 很。

8、容易 在风洞内结冰。 在现有的结冰风洞中， 防除冰功能是非常成熟的技术， 主要用于各类飞行器 表面进行结冰试验时的防除冰， 常见的为电加热和振动方式。 但是在喷嘴上， 因为喷嘴的体 积非常小， 其表面是无法加载任何电加热或者振动装置进行除冰， 而从外部施加电加热装 置是会破坏风洞流场， 导致试验数据不精准。 0005 自2014年美国联邦航空管理局 （FAA） 为了进一步提高结冰条件下飞行的安全标 准， 修订了美国联邦航空条例 （FAR） 25/33部中与结冰条件下运输类飞机和涡轮发动机审 定相关的条款， 规定了飞机适航需要开展大水滴气象条件的审定。 各国包括中国在内均开 始重视对大水滴结冰环。

9、境进行的模拟研究， 从而研制能产生大水滴的喷嘴成为了此项研究 开展的前提。 0006 如上所述， 结冰风洞中是需要若干个喷嘴共同工作的， 因此需要喷嘴在不影响自 身喷雾功能下实现自身的防除冰功能， 且还必须保证所有的喷头具有一致性， 确保最终能 根据需要进行大水滴的喷洒。 而本发明中所述的大水滴是指直径在50 m300 m之间的液 滴。 发明内容 0007 本发明的目的是提供一种喷嘴， 首先要实现大水滴的喷雾， 其次要实现喷嘴自身 的防除冰功能， 避免喷头结冰导致喷嘴堵塞。 0008 为了实现上述目的， 本发明采用如下技术方案： 一种防除冰大水滴喷嘴， 包括主体和连接到主体上的喷嘴部件， 所述。

10、主体上从进口端到出口端分别设置有贯通的第一孔体和第二孔体， 所述第一孔体 同轴设置在第二孔体内， 所述第一孔体的外壁与第二孔体的内壁之间为第一腔体， 所述喷嘴包括壳体和设置在壳体内的芯体， 所述壳体与主体连接后芯体的接触端面与 主体的接触端面密封接触、 且接触端面之间不得设置密封件。 0009 作为优选的技术方案： 所述芯体包括沿着芯体轴线贯通设置的第三孔体和围绕第 三孔体圆周设置的若干第四孔体， 所述若干个第四孔体与第一腔体连通， 所述第三孔体与 说明书 1/5 页 3 CN 111289210 A 3 第一孔体连通。 0010 作为优选的技术方案： 在芯体与主体密封接触后， 所述第一孔体与。

11、第一腔体为独 立的空间， 两者相互不连通。 0011 作为优选的技术方案： 壳体内连接端到另一端依次包括螺纹连接段、 用于支撑芯 体的第一台阶、 壳体端面， 所述壳体端面上设置有锥形喷孔。 0012 作为优选的技术方案： 所述第一台阶上的芯体与壳体端面之间为第二腔体， 第一 孔体通过芯体上的第三孔体与第二腔体连通， 第一腔体通过芯体上的第四孔体与第二腔体 连通。 0013 作为优选的技术方案： 所述第一台阶的台面为锥形面， 所述芯体的外形为圆锥柱 体， 圆锥柱体与锥形面相匹配。 0014 一种防除冰大水滴喷嘴， 包括主体和连接到主体上的喷嘴部件， 所述主体上从进口端到出口端设置有贯通的第一孔体。

12、， 第二孔体的进口端与第一孔体 进口端位置不重叠， 主体上从出口端到进口端方向有部分第一孔体同轴设置在第二孔体 内， 所述第一孔体第二段的外壁与第二孔体的内壁之间为第一腔体， 所述主体上从进口端到出口端有部分第一孔体四周沿着圆周方向设置有电阻丝； 所述喷嘴部件包括壳体和设置在壳体内的芯体， 所述壳体与主体连接后芯体的接触端 面与主体的接触端面密封接触、 且接触端面之间不得设置密封件。 0015 作为优选的技术方案： 所述主体上沿着第一孔体的轴线方向设置有与第一孔体同 圆的环形凹槽， 所述电阻丝设置在环形凹槽内。 0016 作为优选的技术方案： 所述电阻丝为簧形结构， 簧形的电阻丝环套在第一孔体。

13、上。 0017 作为优选的技术方案： 所述主体上沿着第一孔体的轴线方向， 在四周设置有若干 个沉孔， 每一个沉孔内设置一根独立的电阻丝。 0018 本发明实现大水滴的原理如图5和图6所示， 图五中是常规的喷嘴， 水通过压力从 喷嘴喷出水束， 这种喷嘴及时增加非常大的压力、 或者改变喷嘴的口径， 都无法实现喷洒出 需要的大水滴， 水束始终是成连续性的液体流。 而如图6所示， 本发明采用的原理， 给喷嘴出 口处增加一个压力腔， 并向这个压力腔内提供高压气体， 利用气体喷洒的作用力将喷嘴出 口处的水束进行切割， 从而切割出需要得到的水滴。 0019 在本发明中， 因为试验环境是结冰风洞， 因此要解决。

14、的首要问题就是防止水滴在 喷头内结冰， 因此本发明中的第一孔体用于通水， 第一腔体用于通高压的热气， 通过热传递 效应使得第一孔体内的水温高于风洞内的环境温度， 实现喷头内的防止结冰。 0020 在本发明中对于实现大水滴的喷洒， 需要将水流进行切割， 因此当第一孔体内的 水通过芯体上的第三孔体进入到第二腔体内后， 会被来自第一腔体内的高压气源进行切 割， 通过控制高压气流的压力以及芯体与第二腔体之间的距离可以实现对水滴进行切割， 而被切割后的水滴由喷口喷出。 为了控制喷洒面积， 将喷口设置为锥形面， 不同角度的锥形 面可以实现对喷洒的速度以及喷射的面积进行调整。 0021 在本发明中， 因为气。

15、源和水都是在高压环境下进行的， 因此对于密封性能的要求 非常高。 而在风洞试验中， 根据不同的试验对象， 可能用到的喷头高达上千个， 因此对于每 一个喷头的性能需要保持高度的一致性， 因此对于喷头内的密封是技术人员面临的最大问 题。 常规的密封手段都是通过密封件来实现， 比如说采用密封圈或者密封垫， 通过挤压使得 说明书 2/5 页 4 CN 111289210 A 4 密封圈进行变形， 通过形变的作用实现两者之间的接触密封。 但是因为密封圈的形变属于 不可控的因素， 其形变程度是由受到的作用力实现， 在现实情况中是没办法做到每一个密 封圈具有相同的形变作用的。 因此， 本发明中是不能采用密封。

16、圈这种结构实现密封。 0022 在本发明中， 为了解决密封性能的问题， 采用了三个技术点进行解决。 第一是芯体 与主体端面接触的问题， 芯体的接触端面与主体的接触端面采用光滑设计， 通过端面与端 面之间的过盈配合接触， 实现端面密封效果。 为了实现这种端面密封的效果， 第二个技术点 为固定芯体的壳体采用内螺纹连接结构， 通过内螺纹结构与主体进行连接， 通过轴向挤压 力的方式将芯体与主体进行挤压接触。 而为保证芯体的精准接触， 因此在壳体内设计一个 用于支撑芯体的台阶， 而台阶和芯体均采用锥形面的设计， 锥形面相互匹配不但可以起到 支撑定位的作用， 还能保证芯体与壳体之间的密封。 0023 本发。

17、明为了解决喷嘴的安装问题， 因此对于用于通水的第一孔体和用于通气的第 二孔体的进水口分开设计， 避免同轴设计给安装带来的安装困难。 因为分开设计后， 所以第 一孔体被分为了第一段和第二段， 第二段仍然和第二孔体同轴设置， 从而实现高压气体环 绕包裹在第一孔体的第二段上， 从而实现气包水的功能。 但是第一孔体的第一段却不能由 第二孔体包裹， 因此当外界环境温度过低时， 第一段中水会大量结冰， 而在风洞试验中对于 除冰、 特别是喷嘴的除冰是非常困难的。 0024 为了解决对于第一段的除冰， 本发明在第一孔体第一段的四周设置电阻丝， 利用 电阻丝通电加热， 从而对第一孔体内的水进行加热， 避免水结冰。

18、。 因为考虑到喷嘴表面的设 计是要满足风洞运行的需求， 所以电阻丝是不能设置在喷嘴的表面的， 只能设计在喷嘴内。 因此在喷嘴主体内设置若干用于放置电阻丝的部位， 从而实现电加热的方式进行除冰。 0025 综上所述， 由于采用了上述技术方案， 本发明的有益效果是： 本发明通过对单个喷嘴的设计实现了风洞结冰试验中大规模的喷嘴喷洒的均匀性， 可 以完成大水滴的喷洒； 本发明通过对进水道进行改进， 从而实现整个进水道可以实现加热达到防除冰的目 的； 本发明通过对喷嘴进行改进， 实现了喷嘴的密封连接， 且多个喷嘴之间可以保持一致 性， 保证试验参数的一致性。 附图说明 0026 本发明将通过例子并参照附。

19、图的方式说明， 其中： 图1、 图2是喷嘴主体的示意图； 图3是本发明的一种实施例结构示意图； 图4是本发明的另一种实施例结构示意图； 图5是常规喷嘴的喷水原理图； 图6是本发明 喷嘴产生大水滴的原理图； 其中： 1是主体， 2是第一孔体， 2-1是第一段， 2-2是第二段， 3是第二孔体， 4是喷孔， 5是 凹槽， 6是沉孔， 7是壳体， 7-1是第一台阶， 7-2是壳体端面， 8是芯体， 9是电阻丝。 说明书 3/5 页 5 CN 111289210 A 5 具体实施方式 0027 本说明书中公开的所有特征， 或公开的所有方法或过程中的步骤， 除了互相排斥 的特征和/或步骤以外， 均可以以。

20、任何方式组合。 0028 本说明书 （包括任何附加权利要求、 摘要和附图） 中公开的任一特征， 除非特别叙 述， 均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。 即， 除非特别叙述， 每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。 0029 如图1所述， 是本实施例中的主体的设计思想， 主体上包括第一孔体2和第二孔体 3， 第一孔体2和第二孔体3分别从进口端到出口端贯穿整个主体， 且第一孔体2同轴设置在 第二孔体3。 0030 如图2所述， 是本实施例中的主体的另一种设计思想， 与图1不同， 主体上包括第一 孔体2和第二孔体3， 第一孔体2的进口和第二孔体3的进口位置不重叠， 且第一孔。

21、体2的部分 段与第二孔体3同轴设置。 0031 在本实施例的以下描述中， 第一孔体2、 第三孔体分别用于通过水流， 第一孔体与 第二孔体之间的第一腔体和第四孔体用于通过高压气流， 芯体与壳体端面之间的第二腔体 用于水和高压气流的混合。 0032 实施例一 如图3所示， 本实施例包括主体1和喷嘴部件， 所述喷嘴部件包括壳体7和设置在壳体7 内的芯体8。 在主体1上沿着进口端分别并列设置有第一孔体2和第二孔体3， 第一孔体2贯穿 整个主体， 第一孔体2分为第一段2-1和第二段2-2， 第二孔体上有一段与第一孔体的第二段 2-2同轴设置。 0033 为了解决第一孔体内的除冰， 因此在第一孔体2第一段。

22、2-1四周的主体上设置有若 干个沉孔6， 每一个沉孔内分别设置有电阻丝9。 通过电阻丝9的发热使得第一孔体2第一段 2-1内的水流始终保持一定的温度， 避免其中的水汽结冰。 0034 这种结构设计的好处就在于第一孔体的第二段2-2有第二孔体包裹， 第一腔体内 的高压热气流可以传递热给第二段2-2， 使得里面的水不会结冰， 同时第一段2-1周围的电 阻丝通电发热可以使得里面的水不会结冰。 这样， 整个第一孔体都可以实现不会结冰的目 的。 0035 本实施例的喷嘴壳体7内从连接端到喷口端依次包括有螺纹连接端、 第一台阶7- 1、 壳体端面7-2， 螺纹连接端与主体进行内螺纹连接。 第一台阶7-1设。

23、计为锥形面结构， 用于 支撑芯体8,。 芯体8为圆锥主体， 芯体8的圆锥面与第一台阶7-1的圆锥面相互匹配。 芯体8上 分别设置有贯通芯体的第三孔体和第四孔体。 0036 在本实施例中， 芯体与主体之间采用端面密封接触， 芯体的接触端面与主体的接 触端面进行绝对精度光滑设计， 两者进行贴合。 芯体8通过锥面与第一台阶7-1配合， 通过第 一台阶7-1实现对于芯体8的位置定位， 第一台阶7-1与第一孔体保持轴向重合， 利用壳体7 的内螺纹与主体进行连接。 通过螺纹连接将芯体8与主体1之间进行拉紧压缩， 从而使得芯 体8与主体的端面完全贴合。 因为本实施例在芯体8与主体之间不设置任何形式的密封件，。

24、 芯体8与主体1之间是完全的刚性面接触。 因此可以做到所有的喷嘴在接触面连接后的参数 一致性。 0037 本实施例中芯体与壳体端面7-2之间为第二腔体， 壳体端面7-2上设置有喷孔4， 第 说明书 4/5 页 6 CN 111289210 A 6 二腔体的作用是将来自第一孔体2的水和来自第二孔体3的高压气流进行混合， 通过高压气 流将水切割成水滴。 同时第二腔体还具有给气液混合体进行增压的作用， 而在壳体端面7-2 上的喷孔4就成了泄压孔， 气液混合体从喷孔4中喷洒出。 为了控制水滴的喷洒速度和喷洒 面积， 喷孔4采用锥形面设计， 通过改变锥形面的锥角度， 就可以改变气雾喷洒的速度和喷 洒面积。

25、。 0038 实施例二 本实施例是在实施一的基础上做出的改进， 而改进的地方就是对于实施例一种的电阻 丝的分布结构进行改进。 在本实施例中， 如图4所示， 沿着第一孔体2轴向方向设置有与第一 段2-1同圆心的凹槽5， 将电阻丝设置在凹槽5内。 0039 本实施例中采用的电阻丝采用簧状结构， 将电阻丝绕成类似于弹簧的结构， 然后 将整个簧状结构的电阻丝环套在第一段2-1上， 通电后的电阻丝可以给整个第一段2-1均匀 的提供热量。 0040 本发明并不局限于前述的具体实施方式。 本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合， 以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 说明书 5/5 页 7 CN 111289210 A 7 图1 图2 说明书附图 1/5 页 8 CN 111289210 A 8 图3 说明书附图 2/5 页 9 CN 111289210 A 9 图4 说明书附图 3/5 页 10 CN 111289210 A 10 图5 说明书附图 4/5 页 11 CN 111289210 A 11 图6 说明书附图 5/5 页 12 CN 111289210 A 12 。