旋转叶片电加热防冰系统设计与应用

在开展结冰试验时，结冰风洞风扇叶片前缘有结冰风险，影响风洞安全运行。针对大型旋转叶片结冰问题，提出了旋转叶片电加热防冰系统设计方法，研制了大型结冰风洞旋转叶片电加热防冰系统。首先，研制了内置电加热单元和温度反馈的防冰叶片。针对叶片复杂的工作环境，提出一种新的旋转叶片电加热防冰功率计算方法，通过精确测量和方案优化，设计了基于特殊环境的分半式、大尺寸、高线速度、碳刷自动移开/压紧的导电滑环。最后，采用变结构分级温度闭环和试验参数连锁防冰控制策略解决了旋转叶片结冰问题。该系统已应用于大型结冰风洞，运行中加热电流和叶片温度反馈信号传输连续，所有旋转叶片前缘快速加热且温度分布均匀，防冰效果好。     

叶轮风速表示值误差测试方法研究

以皮托管和微压计测量的空气流速作为参考风速,研究叶轮式风速表的风洞实验室示值误差测试方法;介绍了叶轮式风速表的工作原理,分析了测试所用到仪器设备技术指标,进行了叶轮式风速表实例测试,对测试实例进行了不确定度评定与分析并作了示值误差的符合性判定;结果表明,5 m/s及以下时不确定度的最主要来源为风洞流场总压和静压差的测量,5 m/s以上时不确定度的最主要来源为风洞流场的不均匀性、皮托管与气流夹角等影响量,可通过提高微压计精度、减小风洞流场不均匀性和减小皮托管与气流夹角等方式进一步减小测量不确定度。     

基于分布式光纤测温的结冰风洞喷雾耙温度场测量

为了实时获取结冰风洞喷雾耙温度场数据,需要采用温度传感器采集温度信号,传统的热电阻式温度传感器需要连接大量长距离线缆,占用大量喷雾耙内部空间;为提高温度场测量的质量效率,对基于分布式光纤测温的结冰风洞喷雾耙温度场测量技术进行了研究;首先,分析了喷雾耙温度场测量概况,研究了分布式光纤测温方法;其次,设计了U型光纤布线方法,建立基于分布式光纤测温的结冰风洞喷雾耙温度场测量系统;最后,实现了20层喷雾耙温度场全局测量,并对喷雾耙温度场分布进行了详细分析;经实际应用表明,喷雾耙温度场测量系统可为喷雾耙电加热系统提供了温度反馈,大大提高了温度场测量效率。     

基于控制律的电加热防除冰系统设计与验证

飞机结冰严重危害飞行安全,电加热是容易控制、低能耗的飞机防除冰技术,由于飞机上电能受限,高效的控制律电加热设计和验证是飞机防除冰设计的关键.为满足大型结冰风洞电加热试验要求,研制了工程实用的基于状态机的控制律电加热防除冰控制系统,完成了控制律电加热防除冰系统的硬件和控制软件开发,实现了多个电加热回路电流按照控制律要求同步接通/断开.利用结冰风洞试验对不同控制律电加热防除冰的有效性进行了验证,电加热防除冰控制律设计达到了技术要求.系统已经应用到结冰风洞试验中,是电加热防除冰试验的重要设备.     

冰风洞虚拟仪器环境参数测试系统设计实现

为获取结冰环境下风洞内各状态参数,在PXI总线平台上应用LabVIEW开发了冰风洞流场环境参数测试系统.通过部署在冰风洞各部件段的传感器测得了总压、静压、总温、静温、湿度等重要参数,应用一阶RC滤波和均值滤波对频域噪声进行了滤除,在PXI系统平台上进行了多通道同步实时数据采集,采用压力落差法对气流参数进行测试计算.实验结果表明,系统对低速及亚声速状态流场环境参数测试全面,通过FSSP、OAP和J-W热线仪测得了液滴平均体积直径(MVD)和液态水含量(LWC),获得了适宜结冰测试的流场特性参数,为翼型部件的结冰性能分析提供了依据.     

皮托管测量影响因素分析 II. 全压孔与静压孔的影响

为了讨论皮托管全压孔和静压孔几何参数对其测量特性的影响,采用试验和数值模拟相结合的方法,对不同型号的皮托管进行了研究.结果表明:对于皮托管全压,在流速较低时,由较小的全压孔测得的全压较接近参考值,而在流速较大时,大多数全压孔的测量值误差都比较大;对于皮托管静压,由较小外径的检测杆测得的静压值较接近参考值,静压孔不宜布置在太靠近测头或竖直检测杆的地方.这些结论为优化皮托管的测量提供了指导.     

基于LabVIEW的电热防除冰温控系统设计

设计了一套基于LabVIEW和Agilent 34972A数据采集仪的电加热温度控制系统,用于对防除冰对象的表面温度进行监测与控制.以LabVIEW软件为设计基础,PC、Agilent 34972A、温度传感器与功率控制器共同构成监控系统.通过数据采集仪内置的LAN接口与PC通信,利用LabVIEW上位机软件,实现采集的温度数据实时显示和存储.针对飞机电热防除冰系统,设计开发了周期性加热和设定温度区间加热两种模式.实验结果表明,基于Agilent 34972A搭建的测控系统构造简便,采用LabVIEW的在线编程与控制,操作便捷,提高了测量精度和测量效率.两种加热控制模式能够自由切换,对航空工程领域电热防除冰测控系统的设计开发具有参考价值.     

基于多传感器的路面结冰检测系统

路面结冰不均匀且厚度较大,由单一传感器实现结冰检测较困难.选用对薄冰敏感的压电平膜结冰传感器、可测量厚冰的光纤结冰传感器、温度传感器以及图像传感器组成一种路面结冰检测系统.系统能测量10 mm以内的路面结冰,对0～5 mm范围内结冰测量精度可达0.2 mm,对5～10 mm范围内结冰测量精度可达0.5 mm.     

环形低速风洞自动控制系统设计及其测量不确定度评定

为了满足矿用风速传感器的快速、准确、自动化检测和矿用气体传感器风速影响测试的需求,设计了一种环形低速风洞自动控制系统。该系统采用PLC为主控单元,根据风速与静压差的关系,通过对大气压力、空气温度、静压差的自动采集与计算,利用PID控制模块对变频器进行快速控制,最终通过控制电动机转速的变化,实现风速的自动输出。以检测GFY15矿用风速传感器为例,对测量过程中的皮托管、自动控制系统、风洞风速的不均匀性、不稳定性和流场紊流度等的不确定度进行了分析评定,结果表明,该自动控制系统能够满足矿用风速传感器自动化检测的需求。     

皮托管测量影响因素分析 I. 检测杆与安装角的影响

在现场使用中,皮托管不可避免地会偏离其标准使用条件,从而引起附加误差.针对不同型号的皮托管进行了较系统的试验,旨在研究检测杆和安装角对皮托管测量的影响.结果表明,在被测流速较低时,皮托管检测杆直径的大小对全压的测量影响较小,且测量值误差也较小;在皮托管安装角不超过±10°的范围内,流速测量误差为±2%;较小管径检测杆的测量值存在非零安装角时,受流速的影响比较小.这些结论为优化皮托管的测量提供了指导.     

CRONE control based anti-icing/deicing system for wind turbine blades

This paper presents an application of CRONE control, a robust control based on fractional order differentiation, to an anti-icing/deicing system for wind turbine blades. The deicing system uses an electrically conductive polymer paint applied on the blade at ice formation areas. The voltage applied to the paint leads to its heating. Based on a temperature measure provided by various sensors placed on the blade, a control system can thus be used to prevent the blade icing up during wind turbine operation or to deice the blade after a rest time. To design the control system, a thermal model of the blade with the paint was developed and its associated parameters were identified using tests in a climatic wind tunnel. A CRONE controller was then designed and its performance evaluated both on blade subparts in the climatic wind tunnel and on a floor-standing real blade.     

结冰风洞试验段转盘控制系统设计与应用

结冰是飞机的重大安全隐患,结冰风洞是研究飞机结冰与防除冰的地面试验设备,飞机模型安装在试验段转盘上,通过精确控制转盘带动模型旋转模拟姿态变化;研制了适用于低温、低气压、高湿度环境的转盘机械机构;设计了以317T-CPU、IM174模块和交流伺服的转盘控制系统总体方案,开发了功能完善的转盘监控软件;通过参数优化、主从偏差控制和全闭环位置控制,实现了3个试验段5套转盘机构单转盘、上/下或左/右转盘高精度同步控制;解决了特殊环境下转盘控制系统运行维护问题.转盘控制系统运行超过8年,转盘角度范围±180°,转盘角度和同步控制精度不低于0.02°,各项技术指标达到设计要求,保证了结冰风洞各项试验任务顺利完成.     

多路热气流量控制及其在防除冰试验中的应用

流量精确控制是保证结冰风洞热气防除冰试验成功的关键,针对传统调节阀控制存在受下游影响大和多路流量控制耦合的问题,设计了一套多路热气流量控制系统,采用背压阀对各支路流量控制单元入口压力进行精确控制,通过电作动筒改变各支路针阀喉道流通面积,结合临界流文氏管流量计流量测量,实现多路流量解耦控制。试验表明,多路热气流量控制系统可实现多路流量解耦控制,调节速度快,10 s左右即可达到目标流量,控制精度高,稳定后最大相对误差小于0.6%,该系统可为我国后续飞行器防除冰试验系统验证与适航审定提供有力支撑。     

风速传感器测量结果的不确定度分析与评定

研究以自动气象站风速传感器为实例,采用性能稳定、状态良好的被测风速传感器、计量标准器皮托静压管、主要配套设备风洞、数字微压计、自校式铂电阻数字测温仪、数字式标准干湿表数字气压表。以大量的重复性检定试验为数据基础,通过后期数据分析处理,评定其在风洞试验室检定影响检定结果的测量不确定度。针对风速传感器的测量不确定的评定方法,建立了测量不确定度所需的测量模型,定量分析在风速传感器检定过程中可能影响其结果的因素,从而确保风速传感器计量检定数据的准确性与可靠性,保证了检定结果的可信度,提高了综合气象观测的传输质量。这为研究风速传感器的测量不确定度打下了坚实基础,也为今后自动气象站的风洞检定工作提供借鉴和指导意义。     

一种大气数据系统传感器智能加温控制方法

机上大气数据系统传感器结冰会影响传感器感受气压和探测温度、角度等参数的准确性和可靠性,进而影响飞控系统使用大气参数参与飞行控制。为了实现系统内传感器防冰和除冰的目的,提出了一种大气数据系统传感器智能加温控制方法。智能加温控制主要体现为:加温模式分为不加温、半功率加温和全功率加温共3种;加温启动瞬间采用分时分组的方式;加温控制采用主、备加温控制盒双余度设计和手动、自动加温双余度控制方式;实时监测系统内各传感器的加温电流。     

基于LabVIEW的大型超声速风洞总压测控系统设计与应用

采用NI公司的LabVIEW虚拟仪器技术,对某大型暂冲式超声速风洞总压测控系统进行了深入研究。针对风洞试验压力控制精度要求高、风险性大等特点,通过合理设计信号采集与处理方案和系统控制与安全策略。实现了总压的快速、精准调节和风洞的安全运行。主要介绍了系统的构成、信号采集与处理、控制策略及安全策略。实际应用表明,该系统具有调节快、精度高、稳定性好的特点,实现了基于LabVIEW虚拟仪器技术在大型超声速风洞总压测量与控制中的智能化高效运行。