大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

陳建兵，劉伯林，陳萬華, ，廖達(dá)雄, ，賴歡

1.中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 設(shè)備設(shè)計(jì)與測試技術(shù)研究所，綿陽 621000

2.中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 高速空氣動(dòng)力研究所，綿陽 621000

3.中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 空氣動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，綿陽 621000

0 引 言

低溫風(fēng)洞利用降低氣流溫度的方法達(dá)到提高風(fēng)洞模擬雷諾數(shù)的目的，是連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞實(shí)現(xiàn)高雷諾數(shù)模擬的最佳方案。目前，我國跨聲速風(fēng)洞雷諾數(shù)模擬能力嚴(yán)重不足，已經(jīng)成為制約飛行器研制與發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一。為滿足我國大型客機(jī)、大型運(yùn)輸機(jī)、天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)等一系列航空航天工程對風(fēng)洞高雷諾數(shù)模擬能力提出的新的更高的需求，建設(shè)大型生產(chǎn)型低溫風(fēng)洞是最直接的途徑。

大型低溫風(fēng)洞系統(tǒng)復(fù)雜，其設(shè)計(jì)制造對國家基礎(chǔ)工業(yè)能力要求很高，建設(shè)難度很大。為降低建設(shè)階段的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，必須根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)能力開展必要的關(guān)鍵技術(shù)研究。20世紀(jì)70年代以來，歐美已陸續(xù)建成了20余座低溫風(fēng)洞，其中德國的大型低速低溫風(fēng)洞（KKK）、美國國家跨聲速設(shè)備（NTF）和歐洲跨聲速風(fēng)洞（ETW）都屬于大型生產(chǎn)型低溫風(fēng)洞，這3座低溫風(fēng)洞在設(shè)計(jì)階段都開展了關(guān)鍵技術(shù)研究，以解決風(fēng)洞低溫運(yùn)行引發(fā)的問題。國內(nèi)廖達(dá)雄等對液氮供給和氣氮排出系統(tǒng)設(shè)計(jì)、洞體絕熱及熱變形控制、低溫壓縮機(jī)設(shè)計(jì)與制造以及風(fēng)洞運(yùn)行多變量控制等大型連續(xù)式低溫風(fēng)洞建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

與常規(guī)風(fēng)洞不同，低溫風(fēng)洞工作溫度低（–163 ℃），且以低溫氣體作為試驗(yàn)介質(zhì)，在試驗(yàn)過程中，人員不能直接進(jìn)入試驗(yàn)段內(nèi)更換模型，也不能將低溫模型直接從風(fēng)洞內(nèi)轉(zhuǎn)移至環(huán)境空氣中，因此，在試驗(yàn)過程中高效更換低溫模型也屬于大型低溫風(fēng)洞的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

模型進(jìn)出系統(tǒng)作為大型低溫風(fēng)洞的重要組成部分，需實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞模型的高效轉(zhuǎn)運(yùn)、與試驗(yàn)段精確定位、更換、干燥以及溫度調(diào)節(jié)等功能，系統(tǒng)復(fù)雜，精度要求高，自動(dòng)化集成度高，運(yùn)行環(huán)境露點(diǎn)低。本文基于對國外大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)研究的回顧，結(jié)合國內(nèi)相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)，分析我國大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出模型進(jìn)出系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)及解決措施，為大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)設(shè)計(jì)建設(shè)提供參考。

1 國外低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)

國外3座大型生產(chǎn)型低溫風(fēng)洞NTF、KKK、ETW均采用通過直接噴入液氮的方法使風(fēng)洞實(shí)現(xiàn)低溫運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)期間低溫模型的更換，這3座風(fēng)洞均設(shè)計(jì)了專門的模型進(jìn)出系統(tǒng)，其共同點(diǎn)主要包括：

1）構(gòu)建一個(gè)連接試驗(yàn)段的能夠?qū)崿F(xiàn)密封的模型更換通道；

2）配置用于模型轉(zhuǎn)運(yùn)的運(yùn)輸車；

3）配置對模型更換通道進(jìn)行干燥的空氣干燥系統(tǒng)，防止環(huán)境濕氣通過模型更換通道進(jìn)入風(fēng)洞。

另外，這3座風(fēng)洞的模型進(jìn)出系統(tǒng)也有較大的差異。先建風(fēng)洞的建設(shè)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)為后建風(fēng)洞的設(shè)計(jì)建設(shè)提供了有益的借鑒。

1.1 NTF模型進(jìn)出系統(tǒng)

美國國家跨聲速設(shè)備（NTF）是世界上第一座大型生產(chǎn)型低溫風(fēng)洞。為解決低溫運(yùn)行模式下低溫模型更換問題，該風(fēng)洞采取的主要措施包括：

1）設(shè)計(jì)了試驗(yàn)段隔離系統(tǒng)。在試驗(yàn)段上下游分別設(shè)置隔離門，將試驗(yàn)段與其他洞體回路隔離，可以在不排空全部洞體內(nèi)試驗(yàn)氣體的情況下將隔離區(qū)內(nèi)的壓力恢復(fù)至環(huán)境壓力。

2）設(shè)計(jì)了可以從試驗(yàn)段兩側(cè)插入的模型更換通道，可以在維持試驗(yàn)段駐室內(nèi)低溫環(huán)境的情況下使通道內(nèi)保持常溫，以營造適于人員工作的環(huán)境。

3）試驗(yàn)段側(cè)壁板可以降低，以讓出插入模型更換通道的空間。

4）設(shè)計(jì)了用于模型轉(zhuǎn)運(yùn)的運(yùn)輸車。

5）配置了對模型更換通道進(jìn)行干燥的循環(huán)空氣干燥系統(tǒng)。

NTF模型進(jìn)出系統(tǒng)如圖1和2所示。

圖1 NTF試驗(yàn)段隔離系統(tǒng)[7]Fig.1 Test section isolation system of the NTF[7]

圖2 NTF模型進(jìn)出系統(tǒng)[8]Fig.2 Model access system of the NTF[8]

1.2 KKK模型進(jìn)出系統(tǒng)

KKK是繼NTF之后投入運(yùn)行的第二座大型生產(chǎn)型低溫風(fēng)洞。為解決低溫運(yùn)行模式下低溫模型更換問題，該風(fēng)洞采取的主要措施包括：

1）在試驗(yàn)段下壁板上設(shè)計(jì)了開口及水平門。水平門用于在模型移出試驗(yàn)段期間封閉試驗(yàn)段，保持試驗(yàn)段內(nèi)的低溫環(huán)境。

2）在試驗(yàn)段下壁板下設(shè)計(jì)了用于模型更換的密封通道及可以單獨(dú)調(diào)節(jié)模型溫度的房間。

3）設(shè)計(jì)了用于支撐模型的模型車及其升降系統(tǒng)。

4）設(shè)計(jì)了用于模型更換通道加熱的循環(huán)氮?dú)庀到y(tǒng)和用于模型、模型車等降溫的液氮噴射系統(tǒng)。

5）設(shè)計(jì)了用于模型更換通道內(nèi)氣體置換及干燥的空氣干燥系統(tǒng)。

KKK模型進(jìn)出系統(tǒng)如圖3和4所示。

圖3 KKK模型進(jìn)出系統(tǒng)[11]Fig.3 Model access system of the KKK[11]

圖4 試驗(yàn)工位和模型處理工位的KKK模型車[11]Fig.4 Model cart at test position and at model handling position of the KKK[11]

1.3 ETW模型進(jìn)出系統(tǒng)

歐洲跨聲速風(fēng)洞（ETW）是世界上第三座大型生產(chǎn)型低溫風(fēng)洞。ETW模型進(jìn)出系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)大量吸收了NTF和KKK的經(jīng)驗(yàn)，采用了一種高自動(dòng)化的模型進(jìn)出方案，其特點(diǎn)主要包括：

1）設(shè)計(jì)了由試驗(yàn)段上壁板、模型支撐機(jī)構(gòu)、儀器倉等組成的模型車（約200 t），如圖5所示。模型車可以從試驗(yàn)段整體吊出，在風(fēng)洞外進(jìn)行模型更換。模型車從試驗(yàn)段吊出后，以另一個(gè)口蓋封閉試驗(yàn)段上方駐室，保持洞體內(nèi)的低溫環(huán)境。

圖5 ETW模型車[5]Fig.5 Model cart of the ETW [5]

2）設(shè)計(jì)了用于模型車轉(zhuǎn)運(yùn)的模型運(yùn)輸車和用于口蓋轉(zhuǎn)運(yùn)的口蓋運(yùn)輸車，兩臺運(yùn)輸車共用一組軌道。

3）設(shè)計(jì)了模型轉(zhuǎn)運(yùn)廠房（主要包括干燥大廳、干濕轉(zhuǎn)換間、溫度調(diào)節(jié)與檢測間），可以維持低露點(diǎn)（–60 ℃）環(huán)境，以確保轉(zhuǎn)運(yùn)過程中低溫模型車表面無水汽凝結(jié)。

4）設(shè)計(jì)了能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)出系統(tǒng)全部干燥空間進(jìn)行實(shí)時(shí)干燥處理的空氣干燥系統(tǒng)。

5）設(shè)計(jì)了溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠?qū)囟日{(diào)節(jié)與檢測間以及模型車進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

ETW模型進(jìn)出系統(tǒng)如圖6所示。NTF、KKK與ETW模型進(jìn)出系統(tǒng)主要特點(diǎn)對比見表1。

表1 NTF、KKK與ETW模型進(jìn)出系統(tǒng)主要特點(diǎn)對比表Table 1 Comparison table of model access systems of NTF, KKK and ETW

圖6 ETW模型進(jìn)出系統(tǒng)[12]Fig.6 Model access system of the ETW [12]

2 國內(nèi)大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)

模型進(jìn)出系統(tǒng)作為大型低溫風(fēng)洞的重要組成部分，其建設(shè)必須依托國內(nèi)相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)。國內(nèi)干燥除濕、低溫制冷、重載運(yùn)輸裝備等領(lǐng)域的技術(shù)水平是大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)建設(shè)的重要技術(shù)保障。

2.1 干燥除濕現(xiàn)狀

在民用空調(diào)、鋰電池、化纖聚酯切片、低溫環(huán)境模擬及低溫制冷等領(lǐng)域，都需要進(jìn)行空氣干燥除濕，某些領(lǐng)域?qū)諝饴饵c(diǎn)的要求已低至–70 ℃。

干燥除濕方式主要有冷凍除濕、溶液除濕、吸附除濕以及膜法除濕。其中，吸附除濕又包括轉(zhuǎn)輪、吸附塔、吸附床等多種形式。膜法除濕的出風(fēng)露點(diǎn)可以達(dá)到–65 ℃，吸附除濕配合冷凍除濕等復(fù)合除濕方式可實(shí)現(xiàn)露點(diǎn)–80 ℃。

目前，國內(nèi)干燥除濕技術(shù)已經(jīng)比較成熟，出風(fēng)露點(diǎn)指標(biāo)可以達(dá)到低溫風(fēng)洞干燥系統(tǒng)的要求。但大型低溫風(fēng)洞干燥系統(tǒng)具有一定特殊性（干燥空間大、流量大、送風(fēng)壓力低、露點(diǎn)低、干燥時(shí)間短、受低溫模型車轉(zhuǎn)運(yùn)期間的低溫影響等），國內(nèi)尚無類似工程可供借鑒，必須有針對性地開展方案論證和試驗(yàn)驗(yàn)證，獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)提供參考。

2.2 低溫制冷現(xiàn)狀

食品冷凍儲藏、低溫環(huán)境模擬等領(lǐng)域都需要對室溫進(jìn)行降溫調(diào)節(jié)，但冷庫溫度通常不低于–50 ℃，低溫環(huán)境模擬試驗(yàn)的溫度通常不低于–100 ℃。國內(nèi)大型低溫環(huán)境試驗(yàn)室多采用空氣制冷和蒸氣壓縮式制冷這兩種方式，華陰某環(huán)境試驗(yàn)室采用空氣制冷實(shí)現(xiàn)的最低室溫為–85 ℃，中國北方車輛研究所車輛環(huán)境試驗(yàn)室采用蒸氣壓縮式制冷實(shí)現(xiàn)的最低室溫為–57 ℃；國內(nèi)也有采用液氮制冷的試驗(yàn)室，采用液氮對氮?dú)饨禍氐姆绞綄?shí)現(xiàn)艙室內(nèi)平均溫度為–154.6 ℃。

從低溫風(fēng)洞溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的最低溫度（–163 ℃）來看，常規(guī)的蒸氣壓縮式制冷和空氣制冷尚不能滿足要求，只有采用液氮制冷方式才能夠達(dá)到。國內(nèi)在這方面具有一定的技術(shù)儲備，但考慮到大型低溫風(fēng)洞溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特殊性（降溫時(shí)間短、被冷卻氣體為干燥空氣、空間較大、被冷卻結(jié)構(gòu)質(zhì)量大等），必須在液氮冷卻空氣換熱器、低溫風(fēng)機(jī)等方面有針對性地開展試驗(yàn)研究與驗(yàn)證，獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)以供設(shè)計(jì)參考。

2.3 重載運(yùn)輸裝備現(xiàn)狀

航天發(fā)射場、貨場、碼頭和裝配車間等都有大型設(shè)備和貨物的轉(zhuǎn)運(yùn)需求。例如，航天活動(dòng)發(fā)射平臺是“三垂模式”最關(guān)鍵的地面設(shè)備之一，我國研制的某型活動(dòng)發(fā)射平臺臺體質(zhì)量達(dá)到750 t，定位誤差±15 mm；常見的船用龍門吊起吊質(zhì)量一般為500～2000 t；在大型裝配車間和生產(chǎn)車間，起吊質(zhì)量200 t以上的吊車非常普遍。

國內(nèi)現(xiàn)有的起吊運(yùn)輸能力在模型車轉(zhuǎn)運(yùn)方面完全不存在問題。但考慮到大型低溫風(fēng)洞模型運(yùn)輸車的特殊性（行走定位精度高、運(yùn)行于廠房二層樓面軌道、轉(zhuǎn)運(yùn)模型車期間需保持設(shè)備保溫系統(tǒng)供電、模型車低溫的影響等），必須在提高行走穩(wěn)定性和定位精度以及低溫防護(hù)等方面有針對性地開展技術(shù)攻關(guān)與驗(yàn)證，為工程應(yīng)用提供設(shè)計(jì)參考。

3 模型進(jìn)出系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

與NTF和KKK相比，ETW在低溫模型的高效轉(zhuǎn)運(yùn)、精確定位、更換、干燥和溫度調(diào)節(jié)等功能方面更具優(yōu)勢，因此，可以將ETW模型進(jìn)出系統(tǒng)方案作為國內(nèi)大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)參考方案。

模型進(jìn)出系統(tǒng)是大型低溫風(fēng)洞實(shí)現(xiàn)低溫模型高效更換的核心系統(tǒng)，組成復(fù)雜、體量大、指標(biāo)要求高、使用需求特殊。圖7為大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)示意圖，圖8為一種較為典型的模型進(jìn)出系統(tǒng)運(yùn)行流程?；趯Υ笮偷蜏仫L(fēng)洞模型更換需求的分析，參考ETW模型進(jìn)出系統(tǒng)建設(shè)方案，結(jié)合國內(nèi)工程技術(shù)水平，國內(nèi)在建設(shè)大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)時(shí)，不僅有必要在提高干燥大廳的干燥效率、干濕轉(zhuǎn)換間內(nèi)模型車及模型運(yùn)輸車的干燥效率、模型運(yùn)輸車轉(zhuǎn)運(yùn)效率等方面進(jìn)行優(yōu)化，還需要重點(diǎn)解決大空間低露點(diǎn)干燥系統(tǒng)、寬溫域溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、大噸位高精度模型運(yùn)輸車、大型隔離門、干燥空間內(nèi)散濕量控制、寬溫域內(nèi)絕熱結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)問題。

圖7 大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)Fig.7 Model access system of cryogenic wind tunnel

圖8 大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)典型運(yùn)行流程Fig.8 Operational process of model access system of cryogenic wind tunnel

3.1 大空間低露點(diǎn)干燥系統(tǒng)

根據(jù)低溫模型車轉(zhuǎn)運(yùn)對環(huán)境的要求，干濕轉(zhuǎn)換間、干燥大廳、溫度調(diào)節(jié)與檢測間內(nèi)干燥空氣常壓露點(diǎn)不大于–60 ℃，CO的體積分?jǐn)?shù)不大于0.010‰，則干燥系統(tǒng)的送風(fēng)露點(diǎn)溫度必須低于–70 ℃，CO的體積分?jǐn)?shù)必須小于0.005‰。雖然吸附除濕配合冷凍除濕的復(fù)合除濕方式可實(shí)現(xiàn)–80 ℃的出風(fēng)露點(diǎn)，但其通常應(yīng)用于小容積房間且不去除CO；而容積達(dá)到5×10m且受模型車低溫影響的大型低溫風(fēng)洞干燥大廳等房間實(shí)現(xiàn)所需低露點(diǎn)、低CO環(huán)境條件，國內(nèi)還沒有類似工程實(shí)例可供借鑒，仍需在去除CO、優(yōu)化房間內(nèi)氣流組織、房間微正壓穩(wěn)定控制等方面開展深入研究。

另外，目前壓縮吸附干燥系統(tǒng)空壓機(jī)的供氣壓力通常不低于0.7 MPa，這種壓力較高的干燥空氣不能直接送入干燥大廳等房間，必須減壓至接近環(huán)境大氣壓，能量浪費(fèi)巨大，因此有必要研究低壓吸附干燥的可行性。

3.2 寬溫域溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

為滿足試驗(yàn)期間模型和模型車快速更換及調(diào)溫的需求，一方面，溫度調(diào)節(jié)與檢測間內(nèi)干燥空氣的溫度調(diào)節(jié)范圍為–163 ℃～50 ℃，且需在1 h左右從常溫調(diào)節(jié)至–163 ℃，降溫速率約200 ℃/h，這要求送風(fēng)最低溫度為–183 ℃；另一方面，模型在快速變換室里從–163 ℃回溫至20 ℃的時(shí)間應(yīng)在1 h左右，這要求送入高溫空氣，送風(fēng)最高溫度可能達(dá)120 ℃。出于人員安全考慮，不能采用直接噴射液氮的冷卻方式，只能采用液氮間壁冷卻空氣的方式。

液氮冷卻空氣的換熱器是溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)最重要的設(shè)備，其性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。但目前缺乏深冷溫區(qū)液氮冷卻空氣的換熱計(jì)算基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，需要開展試驗(yàn)研究以獲得所需的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)；另外，空氣被–196 ℃液氮冷卻過程中氧氣可能出現(xiàn)的液化（氧氣液化溫度為–183 ℃）、換熱器冰堵、換熱器結(jié)構(gòu)形式選擇、適應(yīng)寬溫域的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)等也需開展相關(guān)試驗(yàn)研究，并驗(yàn)證換熱等性能能否滿足快速升降溫的要求。

3.3 大噸位高精度模型運(yùn)輸車

大型低溫風(fēng)洞模型車的質(zhì)量在250 t左右，從風(fēng)洞外進(jìn)入試驗(yàn)段時(shí)，其上壁板與噴管出口的對接間隙小于1 mm。為滿足模型車的轉(zhuǎn)運(yùn)、精確定位需求，模型運(yùn)輸車需集大噸位起吊、運(yùn)輸、高精度定位和低溫防護(hù)等功能于一體，功能復(fù)雜、規(guī)模龐大、涉及專業(yè)多，屬于高度集成化的大型裝備，國內(nèi)還沒有如此復(fù)雜的龍門吊式運(yùn)輸車投入應(yīng)用，亟需一次研制成功且能夠長期安全運(yùn)行，有必要開展針對性的技術(shù)攻關(guān)、優(yōu)化設(shè)計(jì)與總體集成工作。

大型龍門吊定位精度的影響因素主要包括龍門吊負(fù)載及跨度、變頻驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、信號檢測及傳感器精度等。在自動(dòng)化堆場中，軌道式集裝箱門式龍門吊綜合應(yīng)用了光、電、磁和圖像處理等多種互相補(bǔ)充的先進(jìn)定位技術(shù)，目前大跨度龍門吊的定位精度最高在5 mm左右。模型運(yùn)輸車要實(shí)現(xiàn)1 mm定位精度，就必須在現(xiàn)有制造技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展定位技術(shù)研究。

在低溫模型車轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，為確保模型車內(nèi)各種工作于常溫環(huán)境的設(shè)備處于安全狀態(tài)，必須保持對模型車內(nèi)加熱保溫系統(tǒng)的持續(xù)供電及相關(guān)狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控，因此，在模型車與運(yùn)輸車之間需要實(shí)現(xiàn)電力和測控電纜通道的自動(dòng)插拔功能。實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性的自動(dòng)插拔功能，也需在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上開展技術(shù)攻關(guān)。此外，由于模型車溫度最低至–163 ℃，且質(zhì)量和體量都很大，因此，對低溫的防護(hù)也是模型運(yùn)輸車研制中需要特別關(guān)注的問題。

模型運(yùn)輸車若發(fā)生故障，將導(dǎo)致整套試驗(yàn)系統(tǒng)無法運(yùn)行。由于運(yùn)輸對象、運(yùn)行環(huán)境的特殊性，且模型運(yùn)輸車軌道位于17 m高處，發(fā)生故障的模型運(yùn)輸車檢修維護(hù)困難，嚴(yán)重延誤風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)度。因此，必須采取遠(yuǎn)程自動(dòng)化運(yùn)行，在設(shè)計(jì)中也需采用較高的可靠性指標(biāo)。

3.4 大型隔離門

為實(shí)現(xiàn)模型運(yùn)輸車在環(huán)境大廳與干燥大廳之間的過渡，在模型運(yùn)輸通道上設(shè)置了干濕轉(zhuǎn)換間，該房間與環(huán)境大廳、干燥大廳之間各通過一扇約20 m×20 m的大型隔離門進(jìn)行分隔、密封。在機(jī)庫、航天發(fā)射場等場所，平開推拉門、提升式折疊門等大型門體應(yīng)用廣泛，但大型低溫風(fēng)洞干濕轉(zhuǎn)換間隔離門位于17 m高處的二層樓板上，環(huán)境大廳與干燥大廳樓板上還分別開有與模型裝配間、溫度調(diào)節(jié)與檢測間相通的模型升降開口，且干燥空間密封要求很高，大型低溫風(fēng)洞干濕轉(zhuǎn)換間隔離門無法采用平開推拉門、提升式折疊門等結(jié)構(gòu)型式，旋轉(zhuǎn)上翻式隔離門才是最適合的方案。目前國內(nèi)還沒有如此大規(guī)格和使用需求的隔離門應(yīng)用實(shí)例。如何合理設(shè)計(jì)隔離門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并使隔離門既有較輕的質(zhì)量，又有很好的剛度、密封性和安裝維護(hù)性等，還需要開展深入的研究。

3.5 干燥空間內(nèi)散濕量控制

干燥大廳、溫度調(diào)節(jié)與檢測間等干燥空間對露點(diǎn)及CO含量的要求都非常高。在平衡狀態(tài)下，即使少量水蒸氣或CO散入，整個(gè)干燥空間內(nèi)的環(huán)境參數(shù)也會受到很大影響。以露點(diǎn)為例，空氣常壓露點(diǎn)–60 ℃時(shí)，空氣含水量小于10 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下20 ℃空氣的密度約為1.2 kg/m，若1 000 m的干燥空間內(nèi)散入1 g水蒸氣，則干燥空間的含水量將增加約0.83 mg/kg，增加量超過8.3%。因此，必須對干燥空間內(nèi)的散濕量及散入CO量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

干燥空間內(nèi)表面的面積很大，且內(nèi)部還有模型運(yùn)輸車、口蓋運(yùn)輸車、模型車、隔離門及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等設(shè)備或結(jié)構(gòu)，水蒸氣和CO的散入源眾多且面積很大。目前，還沒有相關(guān)保溫材料、密封材料、金屬表面涂裝材料、吊具潤滑脂等的吸、散水蒸氣及CO的數(shù)據(jù)，需要開展相應(yīng)的研究和測試，獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以支撐工程設(shè)計(jì)。另外，干燥空間密封結(jié)構(gòu)的接縫及各種風(fēng)管、電纜、軌道、支座等結(jié)構(gòu)穿越密封結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)整體密封性的影響也需開展深入的研究和試驗(yàn)。

3.6 寬溫域內(nèi)絕熱結(jié)構(gòu)

模型及模型車的寬溫域溫度調(diào)節(jié)（最低–163 ℃）在溫度調(diào)節(jié)與檢測間內(nèi)進(jìn)行，模型運(yùn)輸車需針對低溫模型車的低溫影響進(jìn)行防護(hù)，因此，溫度調(diào)節(jié)與檢測間和模型運(yùn)輸車低溫防護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面需設(shè)置內(nèi)絕熱結(jié)構(gòu)。

與文獻(xiàn)[18]介紹的大型低溫風(fēng)洞內(nèi)絕熱系統(tǒng)需滿足交變溫度、交變壓力、氣流脈動(dòng)、振動(dòng)沖擊等惡劣的風(fēng)洞運(yùn)行工況相比，模型進(jìn)出系統(tǒng)內(nèi)絕熱結(jié)構(gòu)需滿足的工況主要是交變溫度，工況相對簡單；但模型進(jìn)出系統(tǒng)內(nèi)絕熱結(jié)構(gòu)也有自身的特殊性：

1）模型進(jìn)出系統(tǒng)內(nèi)絕熱結(jié)構(gòu)的安裝面基本為矩形平面，不同于風(fēng)洞承壓殼體的圓弧形曲面；

2）溫度調(diào)節(jié)與檢測間內(nèi)絕熱結(jié)構(gòu)比風(fēng)洞內(nèi)絕熱系統(tǒng)需滿足的高溫區(qū)范圍稍高，特別是熱風(fēng)送風(fēng)口附近最高溫度可能達(dá)到120 ℃；

3）模型進(jìn)出系統(tǒng)內(nèi)絕熱結(jié)構(gòu)在干、濕環(huán)境之間的轉(zhuǎn)換頻率更高。

針對模型進(jìn)出系統(tǒng)內(nèi)絕熱結(jié)構(gòu)的特殊性，需在風(fēng)洞內(nèi)絕熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上對絕熱結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、絕熱材料的高溫適應(yīng)性以及在干濕環(huán)境之間頻繁轉(zhuǎn)換時(shí)的吸散濕特性等方面開展針對性的研究與驗(yàn)證。

4 結(jié) 論

大型低溫風(fēng)洞模型進(jìn)出系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到結(jié)構(gòu)、傳熱、材料、氣流組織、控制、測量等眾多領(lǐng)域，應(yīng)依托國內(nèi)相關(guān)專業(yè)廠家和研究機(jī)構(gòu)，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，確保系統(tǒng)的成功研制：

1）通過小型干燥試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與搭建，試驗(yàn)驗(yàn)證低壓吸附實(shí)現(xiàn)低露點(diǎn)、低CO含量的可行性；

2）設(shè)計(jì)加工小型液氮冷卻空氣換熱器，搭建試驗(yàn)系統(tǒng)，研究換熱性能，獲得深冷溫區(qū)液氮冷卻空氣的換熱計(jì)算基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐；

3）在風(fēng)洞絕熱系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展絕熱材料的高溫適應(yīng)性等研究，設(shè)計(jì)更加適應(yīng)模型進(jìn)出系統(tǒng)工作環(huán)境的絕熱結(jié)構(gòu)；

4）聯(lián)合國內(nèi)一流企業(yè)和科研單位，開展大噸位高精度模型運(yùn)輸車、大型隔離門、電力和測控電纜通道自動(dòng)插拔裝置等關(guān)鍵設(shè)備研制以及材料散濕量等材料特性的研究工作，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備和材料的工程化應(yīng)用。