一种可防冰的变管径砂尘分离模块的制作方法

1.本发明涉及机电领域，具体涉及一种可防冰的变管径砂尘分离模块。


背景技术：

2.直升机作为一种重要的空中平台，需要经常近地面悬停、起飞和着陆,环境中的砂尘、雨雪等异物若通过进气道进入发动机，将不可避免的对发动机的安全运行产生较大威胁，从而危及飞行安全。因此为保证直升机的飞行安全和性能，现有的直升机一般配装有防砂装置和防冰装置。
3.直升机进气防砂装置应用最为广泛的为多管式防砂装置,其核心单元为涡旋管,砂尘粒子在涡旋管内通过离心力的作用沿管壁运动,最终通过涡旋管上游管和下游管之间的通道进入排砂腔并被排出机外。防砂面板通过集成大量的涡旋管形成防砂装置的功能单元，各功能单元之间通过合理的规划排砂通道形成最终的防砂装置。目前，一架直升机的防砂装置采用的均是同规格且设计点相同的涡旋管，仅能对指定粒径范围的砂尘具有较高的分离效率。


技术实现要素：

4.本申请提供了一种可防冰的变管径砂尘分离模块，可以同时处理不同粒径的砂尘。
5.技术方案：一种可防冰的变管径砂尘分离模块，变管径砂尘分离模块1包括防冰结构2、模块框架3以及涡旋管阵列4，所述防冰结构2包括防冰曲面201和侧板202，其中：
6.模块框架3为空腔结构，模块框架3的上端开口，模块框架3上设置有防冰结构2，模块框架3内沿竖直方向设置有涡旋管阵列4，所述涡旋管阵列4包括n个涡旋管；
7.所述防冰曲面201为具有光滑曲率外形的曲面结构，防冰曲面201的投影完全覆盖在涡旋管阵列4的正上方，防冰曲面201的投影面积与涡旋管阵列4入口平面面积相同；防冰曲面201的两侧分别设置侧板202；防冰曲面201的一边设置在模块框架3上端的后边、两个侧板202的水平方向直角边分别设置在模块框架3上端的两个侧边；防冰曲面201的上边、两个侧板202的竖直方向直角边、模块框架3上端的前边，形成一个进气口。
8.具体的，所述防冰结构2进气口面积，等于涡旋管阵列4的n个涡旋管的入口截面积之和。
9.具体的，所述涡旋管阵列4的每个涡旋管的靠近防冰结构2进气口的直径，均大于涡旋管的远离防冰结构进气口的直径。
10.具体的，涡旋管阵列4的每个涡旋管在距离防冰结构2进气口距离相同处的直径均相同。
11.具体的，防冰结构2进气口设置在背对来流方向。
12.具体的，涡旋管阵列4涡旋管的数量n的范围为20-50个。
13.具体的，防冰曲面201圆滑过渡。
14.具体的，涡旋管阵列4涡旋管的直径范围为17-38mm之间。
15.综上所述，本申请提供了一种可防冰的变管径砂尘分离模块，可以同时处理不同粒径的砂尘，解决了现有防砂装置受砂尘粒径限制、效率低的缺点。同时，针对涡旋管进气口采用了防冰结构，可以有效降低来流水滴收集系数，防止过快堵塞涡旋管进气口。本发明结构简单，维护方便，较现有的防砂装置具有更大的应用潜力。
附图说明
16.图1为本申请提供的一种可防冰的变管径砂尘分离模块的正结构示意图；
17.图2为本申请提供的一种可防冰的变管径砂尘分离模块的背结构示意图；
18.图3为本申请提供的一种变管径砂尘分离模块在悬停时工作原理图；
19.图4为本申请提供的一种变管径砂尘分离模块在前飞时工作原理图；
20.其中：1-变管径砂尘分离模块、2-防冰结构、201-防冰曲面、202-侧板、3-模块框架、4-涡旋管阵列。
具体实施方式
21.目前一般要求防砂装置具备在中等结冰环境飞行30mi n的能力。当在一确定的结冰云层中飞行时，防砂装置涡旋管的结冰主要受水滴收集系数的影响。当涡旋管入口正对来流时，水滴收集系数较大，涡旋管进气口更容易快速被积冰堵塞。当涡旋管入口与来流呈90
°
时，水滴收集系数较小，涡旋管进气口则不容易被积冰堵塞。
22.如图1-2所示，本申请提供的一种可防冰的变管径砂尘分离模块1包括防冰结构2、模块框架3以及涡旋管阵列4，所述防冰结构2包括防冰曲面201和侧板202，其中：
23.模块框架3为空腔结构，模块框架3的上端开口，模块框架3上设置有防冰结构2，模块框架3内沿竖直方向设置有涡旋管阵列4，所述涡旋管阵列4包括n个涡旋管；
24.所述防冰曲面201为具有光滑曲率外形的曲面结构，防冰曲面201的投影完全覆盖在涡旋管阵列4的正上方，防冰曲面201的投影面积与涡旋管阵列4入口平面面积相同；防冰曲面201的两侧分别设置侧板202；防冰曲面201的一边设置在模块框架3上端的后边、两个侧板202的水平方向直角边分别设置在模块框架3上端的两个侧边；防冰曲面201的上边、两个侧板202的竖直方向直角边、模块框架3上端的前边，形成一个进气口。
25.优选的，所述防冰结构2进气口面积，等于涡旋管阵列4的n个涡旋管的入口截面积之和。
26.优选的，所述涡旋管阵列4的每个涡旋管的靠近防冰结构2进气口的直径，均大于涡旋管的远离防冰结构进气口的直径。
27.优选的，涡旋管阵列4的每个涡旋管在距离防冰结构2进气口距离相同处的直径均相同。
28.优选的，防冰结构2进气口设置在背对来流方向。
29.优选的，涡旋管阵列4涡旋管的数量n的范围为20-50个。
30.优选的，防冰曲面201圆滑过渡。
31.需要说明的是，防冰曲面201应圆滑过渡以尽可能的较小气动阻力。
32.优选的，涡旋管阵列4涡旋管的直径范围为17-38mm之间。
33.图3所示为本发明砂尘分离模块在悬停时的工作原理示意图。含砂尘的空气在下洗流的作用下流经在分离模块，由于惯性，一部分含砂空气中的砂尘直接流过分离模块，另一部分砂尘在抽吸力的作用下由防冰进气口进去涡旋管阵列区。由于不同砂尘的气流跟随性不同，大粒径砂尘进入靠近防冰结构进气口的大直径涡旋管，小粒径砂尘进入远离防冰结构进气口的小直径涡旋管，大直径涡旋管具有较大的旋转空间，可以减弱大粒径砂尘因碰撞反弹带来的分离效率低的问题。小直径的涡旋管旋转半径小，离心力作用强，可以有效分离小粒径的砂尘。
34.图4所示为本发明砂尘分离模块在前飞时的工作原理示意图。其与悬停时的砂尘分离原理相同，相同之处不再赘述。前飞时直升机有可能会偶遇结冰环境，此时因防冰进气口背离来流方向，其水滴收集系数大大降低，空气中的液态水也仅能在抽吸力的作用下在防冰进气口积聚，极大增强了抗结冰的能力。
35.综上所述，本申请提供的一种可防冰的变管径砂尘分离模块，可以同时处理不同粒径的砂尘，解决了现有防砂装置受砂尘粒径限制、效率低的缺点。同时，针对涡旋管进气口采用了防冰结构，可以有效降低来流水滴收集系数，防止过快堵塞涡旋管进气口。本发明结构简单，维护方便，较现有的防砂装置具有更大的应用潜力。


技术特征：
1.一种可防冰的变管径砂尘分离模块，其特征在于，变管径砂尘分离模块(1)包括防冰结构(2)、模块框架(3)以及涡旋管阵列(4)，所述防冰结构(2)包括防冰曲面(201)和侧板(202)，其中：模块框架(3)为空腔结构，模块框架(3)的上端开口，模块框架(3)上设置有防冰结构(2)，模块框架(3)内沿竖直方向设置有涡旋管阵列(4)，所述涡旋管阵列(4)包括n个涡旋管；所述防冰曲面(201)为具有光滑曲率外形的曲面结构，防冰曲面(201)的投影完全覆盖在涡旋管阵列(4)的正上方，防冰曲面(201)的投影面积与涡旋管阵列(4)入口平面面积相同；防冰曲面(201)的两侧分别设置侧板(202)；防冰曲面(201)的一边设置在模块框架(3)上端的后边、两个侧板(202)的水平方向直角边分别设置在模块框架(3)上端的两个侧边；防冰曲面(201)的上边、两个侧板(202)的竖直方向直角边、模块框架(3)上端的前边，形成一个进气口。2.根据权利要求1所述的变管径砂尘分离模块，其特征在于，所述防冰结构(2)进气口面积，等于涡旋管阵列(4)的n个涡旋管的入口截面积之和。3.根据权利要求1所述的变管径砂尘分离模块，其特征在于，所述涡旋管阵列(4)的每个涡旋管的靠近防冰结构(2)进气口的直径，均大于涡旋管的远离防冰结构进气口的直径。4.根据权利要求1所述的变管径砂尘分离模块，其特征在于，涡旋管阵列(4)的每个涡旋管在距离防冰结构(2)进气口距离相同处的直径均相同。5.根据权利要求1所述的变管径砂尘分离模块，其特征在于，防冰结构(2)进气口设置在背对来流方向。6.根据权利要求1所述的变管径砂尘分离模块，其特征在于，涡旋管阵列(4)涡旋管的数量n的范围为20-50个。7.根据权利要求1所述的变管径砂尘分离模块，其特征在于，防冰曲面(201)圆滑过渡。8.根据权利要求1所述的变管径砂尘分离模块，其特征在于，涡旋管阵列(4)涡旋管的直径范围为17-38mm之间。

技术总结
本申请提供一种可防冰的变管径砂尘分离模块，变管径砂尘分离模块1包括防冰结构2、模块框架3以及涡旋管阵列4，所述防冰结构2包括防冰曲面201和侧板202，其中：模块框架3为空腔结构，模块框架3的上端开口，模块框架3上设置有防冰结构2，模块框架3内沿竖直方向设置有涡旋管阵列4，所述涡旋管阵列4包括N个涡旋管；所述防冰曲面201为具有光滑曲率外形的曲面结构，防冰曲面201的投影完全覆盖在涡旋管阵列4的正上方，防冰曲面201的投影面积与涡旋管阵列4入口平面面积相同；防冰曲面201的两侧分别设置侧板202；防冰曲面201的一边设置在模块框架3上端的后边、两个侧板202的水平方向直角边分别设置在模块框架3上端的两个侧边。分别设置在模块框架3上端的两个侧边。分别设置在模块框架3上端的两个侧边。


技术研发人员：刘冬冬 李星萍 韩代椿 李悦 叶宇琛 王辉 胡招财
受保护的技术使用者：中国直升机设计研究所
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/4/4