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民用飞机结冰风洞校准要求概述

时间:2022-11-26 21:15:23 公文范文 来源:网友投稿

zoޛ)j馟iiۛ._캖申请25部规章结冰条件下运行,在适航取证过程中必须满足规章中所有关于结冰条件下运行的要求。结冰条款的符合性表明在结冰条件下工作是一项跨专业具有综合性、复杂性以及需要技术手段和工程经验支持的任务,在民机适航取证过程中占据重要地位。25部规章结冰条款的符合性验证过程中,可采取的符合性方法包括分析/计算、试验室试验、飞行试验等,其中试验室试验包括干空气风洞试验和结冰风洞试验。结冰风洞试验可以验证临界冰型和系统防冰能力,是符合性工作的重要环节,而结冰风洞试验作为符合性手段的前提是结冰风洞本身试验能力经过一系列校准试验的验证,以确保风洞试验数据的准确性和可靠性。

1结冰风洞校准的要求

1.1校准时间

结冰风洞的校准分为基线校准、中间校准和检查校准。

基线校准是对结冰风洞进行全面校准,包括气动热力学校准和结冰云雾校准。全面校准需在初始运行或进行一次气动外形或冰云的重大设施更改后进行,如更改热交换器、试验区域、喷嘴系统等。基线校准的最少时间间隔为5年。

中间校准应在基线校准之后的最初2年内以1年为间隔进行。中间校准应至少包括确认云雾均匀性自基线校准后没有发生更改和确认风洞中心线液态水含量( LWC)的测量。中间校准应包含测量与模型相关的顺翼展方向的总压和静压以及总温,以及使用基线校准的样本点确认液滴尺寸校准。

检查校准应每6个月进行一次,除非其被基线或中间校准覆盖。检查校准包括结冰云雾均匀性测量和中心线LWC测量,应使用基线校准过程中云雾均匀性和中心线LWC测量具有代表性的样本点。

1.2校准指标

在结冰风洞校准过程中,气动热力学校准和结冰云雾校准的试验区域性能指标如表1所示[2]

在结冰风洞的校准中,应保证试验区域中的气流和云雾特性在表1中列出的相关性能指标范围内。云雾均匀分布区域被定义为在给定气流速度和水滴尺寸的情况下,LWC处于试验区域中心线LWC±20%范围内的区域。通过可接受的方法来分析测量到的数据,由统计方法来确定准确性和不确定性。时间稳定性是指运行过程中参数的变化。均匀性是指均匀分布云雾截面内参数的空间变化。表1中最后一列的限制值适用于风洞设计的特点,通常不能控制。

风洞的操作者应当记录喷射系统(空气和水压)达到稳定的时间,虽然表1中没有给出此性能特性指标,但是记录这些参数很重要,因为操作者有责任确保达到稳定云雾的时间(通常远小于)与试验点云雾喷射持续时间一致。

1.3校准程序

结冰风洞的校准流程应该按照航空界和适航当局认可的构型控制程序进行编号、发布和维护。结冰风洞应按照规定的时间间隔进行气动热力学和云雾校准,以表明风洞的仪器设备和控制程序可持续产生可接受的判据。气动 热力学和云雾校准的程序要求如下:

1)气动热力学校准

应进行干空气的气热校准以确定风洞的空气质量,应记录速度分布、温度分布、湍流强度分布、中心线空速校准和风洞气流角度分布。每个风洞应生成一个预期使用范围的试验矩阵,此试验矩阵至少包括气动力学校准和热力学校准。气动力学校准包括中心线静压和总压修正测量,和表2中列出的外界温度调节下的速度、气流方向和湍流测量。

热力学校准应包括表3中范围从0℃(32°F)到-30℃(-22°F)的4个温度点(或试验中将使用的最低运行温度);

2)云雾校准

云雾校准是确定风洞基本的云雾特性。云雾校准中应考虑喷嘴校准、云雾尺寸和均匀度、水滴中值体积直径(MVD)校准、LWC校准。

喷嘴校准:喷嘴校准应包括气流和水流特性,对于外部混合和内部混合的喷嘴,采用的排放因子不同,内部混合喷嘴应确定综合了气液两相流的因子。

云雾尺寸和均匀度:应在参考平面(模型支撑系统旋转中心位置)上设定测量点的矩阵。测量点间的间距应不大于12.5%,任意方向不超过15cm。

水滴MVD校准:水滴大小,用MVD表示,是喷嘴空气和水流速率(对于空气辅助的雾化喷嘴)的函数。对于MVD校准,风洞应被设定为50%~100%的风洞最大速度,试验区域的大气静温应足够低至能使云雾回流最小化。应在风洞中心线上,固定的试验区域进行MVD的测量。

LWC校准:风洞内试验区域的LWC主要取决于喷射水流速率,试验区域空速和云雾截面积,也可能与水滴MVD、喷嘴空气压力、相对湿度、试验区域温度或其他因素有一定关系。每个风洞应首先确定LWC、水流速率和试验区域空速的函数关系。此函数关系可以通过试验或分析假设来确定。通过试验来确定时,需要足够多的试验点来证实函数有效。通过分析假设确定时,也需通过试验来验证此函数关系。

2结冰风洞校准过程中应关注的问题

1)风洞应首先制定合理的构型控制程序,并严格按程序实施管理。对于风洞每次的校准试验应做好相应记录,确保风洞校准历史连续性。由于結冰风洞中涉及的测量仪器设备、喷嘴等数量较多,应对每样仪器设备建立相应的档案,并记录各仪器的使用校准状况。

2)为保证风洞试验数据的准确性,必须保证所用的测量仪器准确可靠。结冰风洞各测量仪器设备需满足各相应校验标准的要求,并且每次试验时所有测量仪器设备都在有效的校验周期内并经具有相应资质的机构校准。对于一些自研仪器设备,需格外关注其校准问题。

3结冰风洞校准的符合性判据

结冰风洞校准可接受的判据(见表1),气动热力学校准需满足表1中所示的空气动力学参数均匀度要求,并且仅在选择的试验范围内有效。结冰云雾校准应能覆盖那些满足表1中定义的LWC均匀度的试验区域,这些区域可能会随试验条件而变化,可以从受控的喷嘴参数推断或试验过程中原地测量LWC和MVD数值的时间稳定性。并且,应限制在云雾均匀性范围内进行冰风洞试验。

参考文献

[1] CCAR-25-R4,中国民用航空条例(第25部)运输类飞机适航标准[S].中国民用航空局.2011.

[2] SAE ARP 5905. Calibration and Acceptance of Icing Wind Tunnels [S]. USA.SAE Intemational Group.2003.

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