低气压环境下的大空间温度均匀度模拟方法研究

　　1 引 言

　　大型飞机的巡航高度达到 11 km 以上，飞行周期长达十余个小时以上，飞行过程中外部环境条件变化非常剧烈，外界温度会从低于 -65 ℃变化到超过 50℃ ，周围环境压力会从约 10. 1 kPa 变化到约 101kPa。为了克服飞行环境的不利影响，保证设备的可靠工作，在飞机研制时期必须首先对飞机关键系统进行飞行性能考核试验，即必须在地面对产品先进行相关高空飞行环境模拟试验[1]。高空环境模拟系统就是创造模拟高空环境条件的设备，由主体设备—高空模拟舱与其它系统( 如制冷系统、加温系统、加湿系统、抽空系统) 组合可在其中模拟飞行中的各种空中环境，为各类产品的性能考核提供试验环境[2-3]。

　　低气压环境下的温度均匀度模拟是高空环境模拟试验的一项重要内容^[4] 。但是一般高空环境模拟舱内部容积大，可达到几百立方米以上，在这样大的空间内满足低气压环境下的高低温温度均匀度难度非常大，该技术难题一直是困扰着技术人员。本项研究通过多年的实践及理论分析，提出采用阶梯式全面孔板、混合风道和内置大面积冷板组合式气流组织方案，与正升压式空气制冷技术相结合，可在大空间高空模拟舱内实现超过军标要求高低温温度均匀度模拟。

　　2 低气压环境下的大空间温度均匀度模拟

　　一般常压环境下可以采用全面孔板送风方式以提高温度均匀度，但高空模拟舱还需要保证低气压( 高度 11 km) 环境中的高低温温度均匀度。由于低气压下空气密度小、无法形成很好的对流换热，换热性能很差，全面孔板送风方式无法满足低气压环境下的基本换热及温度均匀度要求。如何在在大空间高空模拟舱内实现低气压( 11 km) 低温 -65 ℃和低气压高温 80 ℃，且同时满足均匀度要求成为研制的技术难点。

　　本项研究在空气制冷系统的基础上^[5] ，在大空间高空环境模拟舱内设计采用了全面孔板和循环风机气流组织形式，同时又在舱体内部圆周方向安装了18 块冷板，形成大面积的冷板结构，如图 1 和图 2 所示，在保证常压快速降温指标后，又能依靠冷板强大的辐射换热能力弥补低气压下空气换热性能较差的缺点，两种方式结合很好地解决了大空间、低气压环境下的低温环境模拟及温度均匀度模拟的技术难题。

　　低气压低温环境模拟时，利用大面积冷板结构对舱内形成均匀“冷壁”辐射，对外形成“热壁”效应，同时利用风机 + 全面孔板形成的均匀对流换热效应以去除舱内有效试验热负荷，解决了大空间低温低气压环境下的温度均匀度模拟难题; 低气压高温环境模拟时，利用冷板上硅橡胶加热带对整个冷板加温，从而使整块冷板均匀保持同一温度，利用该辐射及全面孔板对流换热方式维持舱内高低温环境，保证低气压高温环境下舱内温度均匀度。