本发明属于覆冰环境模拟，特别是涉及一种大型覆冰环境模拟系统。
背景技术：
1、对于在低温环境下工作并具有结冰风险的机器设备，投入使用前须进行大量的低温易结冰环境实验或结冰状况实验，确保其工作可靠性，如航空发动机结冰实验等。自然天气的参数由于存在可控性差和不稳定问题，实验可重复性差，严重依赖天气情况，实验数据获取效率极低。因此，为得到参数可控的低温易结冰实验环境，需建立人工环境模拟实验室，如位于我国四川绵阳的结冰风洞、美国麦金利气象实验室等。
2、针对低速风条件大型竖直试验件表面的覆冰试验，由于结冰风洞中试验件尺寸仅占云雾流过流断面面积的1/5～1/10，若选择结冰风洞用于该类竖直试验件表面的覆冰试验，建造成本极其高昂，不具备可行性。且结冰风洞适用于高速气流状态下的结冰试验，如机翼结冰除冰、发动机进气道结冰试验等，主要用于模拟飞机在高空中进入云团的飞行过程。
3、除结冰风洞外，还可以在大型人工气候环境实验室内开展结冰实验以及防除冰系统的开发和验证，其内部空间非常大。通过大尺寸环流(冷风)来实现整体均匀低温，使用大型喷雾耙产生云雾，由风机产生的背景风输送到试验件附近，能够在水平面获得较好的结冰效果，而在竖直试验件表面的结冰效果较差。此外，试验过程中实验室内存在明显的云雾堆积过程，伴随着试验的进行，试验环境参数将发生较大的变化，具有不稳定性。
技术实现思路
1、有鉴于此，为了解决上述背景技术中提到的针对大型竖直试验件结冰试验的结冰风洞造价非常高与在气候环境实验室中竖直试验件结冰效果差的问题，本发明提出一种大型覆冰环境模拟系统，冬季时在我国北方室外或更大的低温试验舱中建造可移动式半封闭试验舱(长8.0～10.0m×宽4.0～4.5m×高4.5～5.0m)，通过引入试验舱外部的冷空气、带走试验舱内喷雾结冰放出的潜热，实现试验舱内的温度控制；在试验舱内喷雾架的上游放置背景风机，用于将云雾辅助输送至竖直试验件表面，增强结冰效果，解决了大型竖直试验件结冰试验的不足；在试验舱的气流出口放置除雾器，能够使空气中的水雾不泄露至外部空间，实现对外部空间设备的保护。
2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大型覆冰环境模拟系统，包括供气系统、供水系统、试验舱和控制系统，所述控制系统分别与供水系统和试验舱连接，所述试验舱内设置有喷雾架，所述供气系统和供水系统分别与喷雾架连接。
3、更进一步地，所述供水系统包括源水箱、水处理系统、纯水箱、冷水机组和水泵，所述源水箱、水处理系统、纯水箱、冷水机组和水泵依次连接。
4、更进一步地，所述纯水箱的水通过冷水机组预冷，控制温度在0～5℃。
5、更进一步地，所述供气系统包括依次连接的空压机、储气罐、过滤器、冷却干燥机、控制阀、涡流流量计、压力传感器和压缩空气清水支路。
6、更进一步地，所述控制系统用于实现覆冰试验的自动化控制与紧急情况远程停机。所述控制系统包括远程工作站、本地plc模块和若干变频器，所述喷雾架的供水和供气管路上均设置有压力传感器和压缩空气清水支路，所述压力传感器和压缩空气清水支路分别与本地plc模块连接。
7、更进一步地，其中一个变频器与水泵连接，其他变频器分别与引风机连接。
8、更进一步地，所述试验舱包括引风机、背景风机、蜂窝板、筛网、喷雾架、除雾器和试验舱；试验件放置在试验舱形成的内部空间内，其前方依次安装有喷雾架、筛网、蜂窝板和背景风机，所述试验舱前部与后部均安装有引风机，所述试验件两侧安装有除雾器。
9、更进一步地，所述试验舱内还设置有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器用于分别监测试验舱内部空间的温度和湿度，所述温度传感器和湿度传感器与本地plc模块连接。
10、更进一步地，所述背景风机、蜂窝板、筛网为一体化建造，整体高度可调，所述背景风机为阵列式排布，所述背景风机最大气流速度设计为5.0m/s，所述背景风机尺寸为宽1.6～2.2m×高2.6～3.2m＝4.16～7.04m2。根据方形轴流风机的边框长度将宽和高分别确定为0.47m×4＝1.88m和0.47m×6＝2.82m，流通面积约5.30m2，总气流流量为5.0m/s×5.30m2×3600s/h＝95400m3/h。
11、更进一步地，所述试验舱整体采用不锈钢耐腐蚀材料建造。
12、与现有技术相比，本发明所述的一种大型覆冰环境模拟系统的有益效果是：
13、(1)对于大型竖直试验件表面的结冰试验，受限于结冰风洞的高成本和气候环境实验室的不适用，本发明创新性地提出了一种经济性更好的、依托外部低温环境进行覆冰试验的大型覆冰环境模拟系统，利用该系统产生的模拟结冰气象条件(包括喷雾架产生的云雾环境、背景风机阵列辅助输送云雾增强结冰效果与试验环境的温湿度控制)，开展低速背景风条件下竖直试验件的结冰试验，能够获得较好的结冰效果。
14、(2)本发明所述的覆冰环境模拟系统试验舱的主要功能组成包括引风机、喷雾架、背景风机阵列和除雾器，其中引风机将外部冷空气引入到试验舱内部，提供低温环境，安装在喷雾架上的喷嘴喷雾提供云雾环境，背景风机阵列辅助输送云雾至竖直试验件表面附近，增强云雾撞击试验件的结冰效果，带有残留云雾的低温空气经过除雾器过滤过冷液滴后进入外部低温环境降温。
1.一种大型覆冰环境模拟系统，其特征在于：包括供气系统、供水系统、试验舱和控制系统，所述控制系统分别与供水系统和试验舱连接，所述试验舱内设置有喷雾架(5)，所述供气系统和供水系统分别与喷雾架(5)连接。
2.根据权利要求1所述的大型覆冰环境模拟系统，其特征在于：所述供水系统包括依次连接的源水箱(16)、水处理系统(17)、纯水箱(19)、冷水机组(18)和水泵(20)。
3.根据权利要求2所述的大型覆冰环境模拟系统，其特征在于：所述纯水箱(19)的水通过冷水机组(18)预冷，控制温度在0～5℃。
4.根据权利要求1所述的大型覆冰环境模拟系统，其特征在于：所述供气系统包括依次连接的空压机(22)、储气罐(23)、过滤器(24)、冷却干燥机(25)、控制阀(26)、涡流流量计(27)、压力传感器(28)和压缩空气清水支路(29)。
5.根据权利要求1所述的大型覆冰环境模拟系统，其特征在于：所述控制系统用于实现覆冰试验的自动化控制与紧急情况远程停机，所述控制系统包括远程工作站(13)、本地plc模块(14)和若干变频器(15)，所述喷雾架(5)的供水和供气管路上均设置有压力传感器(28)和压缩空气清水支路(29)，所述压力传感器(28)和压缩空气清水支路(29)分别与本地plc模块(14)连接。
6.根据权利要求5所述的大型覆冰环境模拟系统，其特征在于：其中一个变频器(15)与水泵(20)连接，其他变频器(15)分别与引风机(1)连接。
7.根据权利要求5所述的大型覆冰环境模拟系统，其特征在于：所述试验舱包括引风机(1)、背景风机(2)、蜂窝板(3)、筛网(4)、喷雾架(5)、除雾器(10)和试验舱(11)；试验件(7)放置在试验舱(12)形成的内部空间内，其前方依次安装有喷雾架(5)、筛网(4)、蜂窝板(3)和背景风机(2)，所述试验舱(11)前部安装和后部均安装有引风机(1)，所述试验件(7)两侧安装有除雾器(10)。
8.根据权利要求7所述的大型覆冰环境模拟系统，其特征在于：所述试验舱(12)内还设置有温度传感器(8)和湿度传感器(9)，所述温度传感器(8)和湿度传感器(9)用于分别监测试验舱(11)内部空间的温度和湿度，所述温度传感器(8)和湿度传感器(9)与本地plc模块(14)连接。
9.根据权利要求7所述的大型覆冰环境模拟系统，其特征在于：所述背景风机(2)、蜂窝板(3)、筛网(4)为一体化建造，整体高度可调，所述背景风机(2)为阵列式排布，所述背景风机尺寸为宽1.6～2.2m×高2.6～3.2m＝4.16～7.04m2，根据方形轴流风机的边框长度将宽和高分别确定为0.47m×4＝1.88m和0.47m×6＝2.82m，流通面积为5.30m2，总气流流量为5.0m/s×5.30m2×3600s/h＝95400m3/h。
10.根据权利要求7所述的低速背景风优化竖直试验件结冰装置，其特征在于：所述试验舱(11)整体采用不锈钢耐腐蚀材料建造。
