風機在中低空環境條件的性能試驗研究

周星　徐亮　趙昌霞

【摘 要】設計一種試驗方法對風機在中低空環境條件下的性能進行了研究，結果表明風機轉速略有增加，風機壓頭和功率一定程度降低，最大壓頭與功率與環境空氣密度成正比。試驗結果可以為風機選用及浮空器設計提供有效的數據支持。

【關鍵詞】風機；中低空環境；性能試驗

The Research on Capability Test of Fans in the Middle and Low Altitude Atmosphere Environment

ZHOU Xing XU Liang ZHAO Chang-xia

（The 38th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Hefei Anhui 230000，China）

【Abstract】A method was designed to test the capability of the fans in the middle and low altitude atmosphere environment， the result indicated that the rotation rate of the fan increased a little， the total pressure and power of the fan varied directly as air density. The conclusion could be the exact data support for the aerostats design.

【Key words】Fans；Middle and low altitude atmosphere environment；Capability test

0 引言

浮空器是一種依靠內充氦氣、氫氣等輕質氣體提供浮升力的航空器，主要包括飛艇和氣球兩大類。對于軟式浮空器，其囊體的氣動外形十分重要，風機正是為浮空器上補充空氣、維持浮空器的內外壓差的關鍵設備，是浮空器產品的重要件。

目前，多數浮空器的升空高度均在中低空范圍，風機在該環境條件下的性能是浮空器設計必須要掌握的基本信息。在實際環境下測試風機的性能受到條件限制，本文設計了一種環境試驗的方法，對風機在中低空高度下的性能進行了試驗研究。

1 試驗裝置

為了驗證風機隨工作高度變化的性能變化規律，設計了一種簡易的試驗裝置。如圖1所示，將風機安裝在一個體積為0.4m3的氣囊上，將氣囊放入低氣壓試驗箱中，28VDC電源給風機供電，氣囊的通過測壓管路接到壓差計上。風機為直流無刷軸流風機，風機的額定工作電壓28VDC，額定轉速5800rpm。

2 性能試驗

2.1 試驗條件

對風機在2000m到7000m高度范圍內、每升高1000m進行一次性能進行測試，各個高度的大氣環境條件參考相關標準，具體條件見表1。

2.2 試驗結果

試驗結果記錄如表1所示，試驗時溫度25℃，供電電壓28VDC。

2.3 性能分析

2.3.1 轉速分析

如圖2所示，在高度增加空氣密度不斷減小的情況下，風機轉速有所增加。在7000m高度，大氣密度降低51.8%，風機轉速增加8%。其原因為空氣密度降低的情況下，電機的輸出轉矩降低，反電動勢減少，導致轉子速度增加，風機轉速升高，但大氣密度變化對風機轉速的影響很小。

2.3.2 壓頭分析

如圖3所示，風機在不同高度情況下最大壓頭隨空氣密度的降低而降低，降低幅度與空氣密度的降低幅度基本相當，即風機的最大壓頭與空氣密度成正比。

2.3.3 功率分析

如圖4所示，隨高度增加空氣密度不斷減小情況下，風機輸入功率也逐漸下降，下降幅度與密度變化基本相當。圖中電流下降曲線斜率比空氣密度下降曲線斜率略小，原因在于圖2中所示的風機在空氣密度下降的情況下轉速有一定的增加，即需要風機額外的功率消耗。

3 結論

本文設計了一種試驗方法，對浮空器的重要設備風機在中低空環境條件下的性能進行了模擬試驗，結果表明：隨著空氣密度減小，風機轉速略有增加，風機的最大壓頭及功率與空氣密度基本成正比減小。試驗結果可以作為風機選型使用及浮空器設計的基礎性能數據支撐，試驗方法可以作為風機性能測試的參考。

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[責任編輯：田吉捷]