風(fēng)機在中低空環(huán)境條件的性能試驗研究

周星　徐亮　趙昌霞

【摘 要】設(shè)計一種試驗方法對風(fēng)機在中低空環(huán)境條件下的性能進行了研究，結(jié)果表明風(fēng)機轉(zhuǎn)速略有增加，風(fēng)機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。試驗結(jié)果可以為風(fēng)機選用及浮空器設(shè)計提供有效的數(shù)據(jù)支持。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)機；中低空環(huán)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(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。對于軟式浮空器，其囊體的氣動外形十分重要，風(fēng)機正是為浮空器上補充空氣、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)機在該環(huán)境條件下的性能是浮空器設(shè)計必須要掌握的基本信息。在實際環(huán)境下測試風(fēng)機的性能受到條件限制，本文設(shè)計了一種環(huán)境試驗的方法，對風(fēng)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(fēng)機隨工作高度變化的性能變化規(guī)律，設(shè)計了一種簡易的試驗裝置。如圖1所示，將風(fēng)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(fēng)機供電，氣囊的通過測壓管路接到壓差計上。風(fēng)機為直流無刷軸流風(fēng)機，風(fēng)機的額定工作電壓28VDC，額定轉(zhuǎn)速5800rpm。

2 性能試驗

2.1 試驗條件

對風(fēng)機在2000m到7000m高度范圍內(nèi)、每升高1000m進行一次性能進行測試，各個高度的大氣環(huán)境條件參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體條件見表1。

2.2 試驗結(jié)果

試驗結(jié)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(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)機轉(zhuǎn)速有所增加。在7000m高度，大氣密度降低51.8%，風(fēng)機轉(zhuǎn)速增加8%。其原因為空氣密度降低的情況下，電機的輸出轉(zhuǎn)矩降低，反電動勢減少，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子速度增加，風(fēng)機轉(zhuǎn)速升高，但大氣密度變化對風(fēng)機轉(zhuǎn)速的影響很小。

2.3.2 壓頭分析

如圖3所示，風(fēng)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(dāng)，即風(fēng)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(fēng)機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)機額外的功率消耗。

3 結(jié)論

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

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[責(zé)任編輯：田吉捷]