風(fēng)機(jī)在中低空環(huán)境條件的性能試驗(yàn)研究

周星　徐亮　趙昌霞

【摘 要】設(shè)計(jì)一種試驗(yàn)方法對(duì)風(fēng)機(jī)在中低空環(huán)境條件下的性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速略有增加，風(fēng)機(jī)壓頭和功率一定程度降低，最大壓頭與功率與環(huán)境空氣密度成正比。試驗(yàn)結(jié)果可以為風(fēng)機(jī)選用及浮空器設(shè)計(jì)提供有效的數(shù)據(jù)支持。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)機(jī)；中低空環(huán)境；性能試驗(yàn)

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?jī)?nèi)充氦氣、氫氣等輕質(zhì)氣體提供浮升力的航空器，主要包括飛艇和氣球兩大類(lèi)。對(duì)于軟式浮空器，其囊體的氣動(dòng)外形十分重要，風(fēng)機(jī)正是為浮空器上補(bǔ)充空氣、維持浮空器的內(nèi)外壓差的關(guān)鍵設(shè)備，是浮空器產(chǎn)品的重要件。

目前，多數(shù)浮空器的升空高度均在中低空范圍，風(fēng)機(jī)在該環(huán)境條件下的性能是浮空器設(shè)計(jì)必須要掌握的基本信息。在實(shí)際環(huán)境下測(cè)試風(fēng)機(jī)的性能受到條件限制，本文設(shè)計(jì)了一種環(huán)境試驗(yàn)的方法，對(duì)風(fēng)機(jī)在中低空高度下的性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)裝置

為了驗(yàn)證風(fēng)機(jī)隨工作高度變化的性能變化規(guī)律，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易的試驗(yàn)裝置。如圖1所示，將風(fēng)機(jī)安裝在一個(gè)體積為0.4m3的氣囊上，將氣囊放入低氣壓試驗(yàn)箱中，28VDC電源給風(fēng)機(jī)供電，氣囊的通過(guò)測(cè)壓管路接到壓差計(jì)上。風(fēng)機(jī)為直流無(wú)刷軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的額定工作電壓28VDC，額定轉(zhuǎn)速5800rpm。

2 性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件

對(duì)風(fēng)機(jī)在2000m到7000m高度范圍內(nèi)、每升高1000m進(jìn)行一次性能進(jìn)行測(cè)試，各個(gè)高度的大氣環(huán)境條件參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體條件見(jiàn)表1。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果記錄如表1所示，試驗(yàn)時(shí)溫度25℃，供電電壓28VDC。

2.3 性能分析

2.3.1 轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速有所增加。在7000m高度，大氣密度降低51.8%，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加8%。其原因?yàn)榭諝饷芏冉档偷那闆r下，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩降低，反電動(dòng)勢(shì)減少，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子速度增加，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，但大氣密度變化對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響很小。

2.3.2 壓頭分析

如圖3所示，風(fēng)機(jī)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(dāng)，即風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)輸入功率也逐漸下降，下降幅度與密度變化基本相當(dāng)。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(fēng)機(jī)在空氣密度下降的情況下轉(zhuǎn)速有一定的增加，即需要風(fēng)機(jī)額外的功率消耗。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種試驗(yàn)方法，對(duì)浮空器的重要設(shè)備風(fēng)機(jī)在中低空環(huán)境條件下的性能進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，結(jié)果表明：隨著空氣密度減小，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速略有增加，風(fēng)機(jī)的最大壓頭及功率與空氣密度基本成正比減小。試驗(yàn)結(jié)果可以作為風(fēng)機(jī)選型使用及浮空器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性能數(shù)據(jù)支撐，試驗(yàn)方法可以作為風(fēng)機(jī)性能測(cè)試的參考。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]