DE4225152A1 - Bearbeitungsraum für Windkanal-Kryomodelle - Google Patents
Bearbeitungsraum für Windkanal-KryomodelleInfo
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- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
- G01M9/02—Wind tunnels
- G01M9/04—Details
Description
Die Erfindung betrifft einen Bearbeitungsraum für Wind
kanal-Kryomodelle, insbesondere für die Durchführung
von Montage- und anderen Eingriffen an derartigen
Modellen, die in einem Kryo-Windkanal getestet werden
sollen.
Für aerodynamische Untersuchungen an Flugzeugmodellen
o. dgl. im Tieftemperaturbereich werden Kryo-Windkanäle
benutzt, in die das zu testende Modell eingebracht
wird, um dort einem Kaltgasstrom ausgesetzt zu werden.
Wenn ein solches Windkanalmodell unter normaler Umge
bungstemperatur montiert und für den Windkanalversuch
hergerichtet wird, ist es erforderlich, das Modell vor
dem Einbringen in den Windkanal auf die Testtemperatur
herunterzukühlen. Eine Kühlung im Windkanal selbst
würde einen sehr hohen Energiebedarf für die aufzu
bringende Kaltluft erfordern. Daher werden die Kryo
modelle üblicherweise nach ihrer Herrichtung für den
Windkanalversuch in eine Kühlkammer gebracht und auf
die Windkanaltemperatur heruntergekühlt. Häufig kommt
es jedoch vor, daß ein Modell, das bereits im Windkanal
getestet worden ist, verändert werden muß, um einem
weiteren Test unterzogen zu werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bear
beitungsraum für Windkanal-Kryomodelle zu schaffen, mit
dem die Durchführung von Arbeiten an kalten Modellen
ermöglicht und der für Kalthaltung des Modells erfor
derliche Energieaufwand verringert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Bearbeitungsraum für Kryomodelle
enthält eine oben offene Isolierbox zur Aufnahme des
Kryomodells. Das Modell kann in die Isolierbox von oben
her eingeführt werden. Im Innern der Isolierbox wird
eine tiefe Temperatur durch Einleiten von Kaltluft oder
einem anderen kalten Gas aufrechterhalten, während die
die Isolierbox umgebende Arbeitskammer im übrigen mit
getrockneter Warmluft versorgt wird. Das Kryomodell
kann von oben her in die Isolierkammer eingeführt und
dort unter Kältebedingungen gehalten werden. Die in der
Isolierbox enthaltene Kaltluft bleibt unter Schwer
krafteinfluß in der Isolierbox gefangen, während der
die Isolierbox umgebende Bereich der Arbeitskammer mit
getrockneter Warmluft auf einem höheren Temperatur
niveau gehalten wird. Durch die Einleitung getrockneter
Warmluft in die Arbeitskammer wird verhindert, daß sich
an dem Modell oder in der Isolierbox Kondenswasser
bildet. Der Taupunkt der zugeführten Warmluft liegt
etwa im Bereich der Kaltgastemperatur in der Isolier
kammer.
Ein in die Isolierbox eingebrachtes Kryomodell kann in
der Isolierbox auf die Windkanaltemperatur herunterge
kühlt werden oder, wenn es bereits im Windkanal gewesen
ist, auf Windkanaltemperatur gehalten werden. Die mit
der Durchführung von Arbeiten betrauten Personen können
sich in der Arbeitskammer aufhalten, ohne eine beson
ders aufwendige Wärmeschutzkleidung tragen zu müssen.
Sie benötigen lediglich Handschuhe und einen Atem
schutz. Sie können mit den Händen von oben her in die
Isolierbox greifen und an dem Kryomodell hantieren. Die
Personen können die Arbeitskammer durch eine Tür
betreten und verlassen, ohne dabei erheblichen Tempera
turänderungen ausgesetzt zu sein. Infolge der relativ
geringen Abmessungen der Isolierbox ist der für die
Kalthaltung des Kryomodells erforderliche Energieauf
wand gering. Das Volumen der Arbeitskammer kann als
Trockenluftsperre betrachtet werden, die das kalte
Volumen der Isolierbox von der außerhalb der Arbeits
kammer herrschenden feuchten Umgebungsluft trennt. Die
in der Arbeitskammer befindlichen Personen sollten
Atemmasken tragen, um das Kryomodell gegen Feuchtig
keitsablagerungen zu schützen. Die Kaltluftzufuhr zu
der Isolierbox sollte so bemessen sein, daß ständig ein
ganz geringer überlauf an Kaltluft über die Oberkanten
der Wände der Isolierbox stattfindet. Die überlaufende
Kaltluft vermischt sich sofort mit der in der Arbeits
kammer enthaltenen Warmluft. Der Überlauf stellt
sicher, daß keine Warmluft in die Isolierbox einfließen
kann. In der Isolierbox wird die Kaltluft durch Schwer
krafteinwirkung am Aufsteigen gehindert. Es hat sich
herausgestellt, daß die Stabilität der Kaltluft in der
Isolierbox bemerkenswert gut ist. Der thermische
Gradient zwischen dem Kaltgas in der Isolierkammer und
der Umgebungsluft über der Isolierkammer konzentriert
sich auf einen Bereich von etwa 20 cm unter der Ober
kante der Isolierboxwände. Auch die thermische Wech
selwirkung zwischen kalter Luft in der Isolierbox und
warmer Luft in Arbeitskammer ist sehr gering.
Die Isolierbox kann auch dazu benutzt werden, Teile,
die an einem Kryomodell befestigt werden sollen, auf
die benötigte Temperatur herunterzukühlen und im kalten
Zustand zu lagern.
Vorzugsweise besteht die Isolierbox aus modularen Wand
elementen, die leicht lösbar miteinander verbunden
sind. Auf diese Weise kann die Isolierbox entsprechend
der Form und Größe des zu konditionierenden Kryomodells
jeweils individuell gestaltet werden, so daß sie ein
möglichst kleines Volumen hat.
Außerdem wird eine einfache, statische Belastung der
Modelle ermöglicht. Belastungsvorrichtungen, die sich
unterhalb des Bodens der Arbeitskammer befinden, werden
mit Stahlseilen oder Stahlstangen mit Belastungsrahmen
verbunden, die auf die verschiedenen Modelle aufgesetzt
werden und individuell angepaßt sind. Spezielle Seil- oder
Stangendurchführungen in den Wänden bzw. im Boden
der Isolierbox und der Arbeitskammer werden dement
sprechend für jedes Modell angepaßt. Die Durchführungen
der Stahlseile oder Stahlstangen können an den ausein
andergebauten Wandelementen angebracht werden.
Zur Verdeutlichung der Temperaturbereiche sei ange
merkt, daß typischerweise die Temperatur in der Ar
beitskammer im Bereich von 300 bis 223 K verändert
werden kann und die Temperatur in der Isolierbox im
Bereich von 300 bis 100 K. Der Luftdruck in der
Arbeitskammer sollte geringfügig über dem Atmosphären
druck liegen, um Eindringen von atmosphärischer Luft in
die Arbeitskammer zu vermeiden. Der Überdruck beträgt
typischerweise zwischen 50 Pa und 400 Pa.
Im folgenden wird unser Bezugnahme auf die Zeichnungen
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht des Bearbeitungsraumes,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Teils
der Isolierbox zur Erläuterung des Kaltluft-Zu
führsystems,
Fig. 4 eine perspektivische Gesamtansicht des Bear
beitungsraumes und
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des modularen
Aufbaus der Isolierbox.
Der Bearbeitungsraum für Kryomodelle enthält eine gegen
die Umgebung luftdicht abschließende Arbeitskammer 10
mit einer Tür 11 für den Zugang von Personen. Die Ar
beitskammer 10 weist eine bewegbare Deckentür 12 aus
zwei horizontalen Flügeln 12a, 12b auf, die sich über
die gesamte Länge der Arbeitskammer erstrecken und die
auseinanderbewegt werden können, um die Arbeitskammer
nach oben zu öffnen.
In der Arbeitskammer 10 befindet sich die Isolierbox 13
zur Aufnahme des zu testenden Kryomodells 14. Die Iso
lierbox 13 ist auf einem Gestell 15 mit Abstand über
dem Boden der Arbeitskammer 10 angeordnet. Sie weist
eine Bodenwand 16 und davon senkrecht aufragende
Seitenwände 17 auf. Die Isolierbox 13 ist nach obenhin
offen.
Außerhalb der Isolierbox befindet sich in der Arbeits
kammer 10 eine Arbeitsbühne 18 mit Abstand über dem
Boden der Arbeitskammer. Kaltluft, die aus der Iso
lierbox 13 überläuft und die auf den Boden der Ar
beitskammer absinkt, gelangt nicht an die Füße der auf
der Arbeitsbühne 18 stehenden Personen.
Die Isolierbox 13 reicht an einem Ende bis an eine Wand
19 der Arbeitskammer 10 heran. Durch eine Öffnung in
dieser Wand 19 führt ein von Wänden 20 begrenzter Kanal
21 hindurch in die Isolierbox 13 hinein. Der oben
offene Kanal 21 nimmt einen langgestreckten Halter 24
auf, an dem das Kryomodell 14 befestigt wird. Dieser
Halter 24 kann an einem Laufkran befestigt sein, der
den Halter mit dem Kryomodell vertikal bewegen und
horizontal an eine entfernt liegende Stelle verfahren
kann, um das Modell in den Windkanal einzuführen. An
dem der Isolierbox zugewandten Ende des Kanals 21 ist
eine Tür 22 mit zwei nach entgegengesetzten Seiten auf
schwenkbaren Flügeln 22a, 22b vorgesehen, die im ge
schlossenen Zustand den Kanal 21 begrenzt und das Ende
der Isolierbox 13 gegen den Kanal verschließt. Die
Flügel 22a und 22b tragen Adapterblöcke 22c, 22d aus
Isoliermaterial mit jeweils einem halbkreisförmigen
Ausschnitt. Die Ausschnitte der Adapterblöcke 22c und
22d umschließen den Halter 24, wenn dieser sich in
einer Position befindet, in der er das Kryomodell 14 in
seiner Position in der Isolierbox 13 festhält. Der
Halter 24 kann bei geschlossener Tür 22 um seine
Längsachse herumgedreht werden, um das Kryomodell 14
ebenfalls um seine Längsachse zu drehen.
An den Flügeln 22a und 22b sind zusätzliche separat
bewegbare Verschlußkappen 23a und 23b angebracht, die
die Isolierbox 13 gegen den Kanal 21 verschließen,
nachdem der Halter mit dem Modell entfernt wurde. Sind
die Flügel 22a und 22b geschlossen und der Halter ist
in Position, werden die Verschlußkappen 23a und 23b
durch den Halter in geöffneter Position gehalten.
Der Kanal 21 und seine Tür 22 befinden sich in einer
Schleusenkammer 25, die Bestandteil der Isolierbox 13
ist und deren Wände mit der Wand 19 der Arbeitskammer
verbunden sind. Im Bereich der Schleusenkammer 25 ist
der Boden 16a tiefer als der Boden 16 im übrigen
Bereich der Isolierbox.
Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, besteht die
Isolierbox 13 aus modularen Wandelementen 30, die
leicht lösbar miteinander verbunden sind und die nach
Art eines Baukastensystems derart zusammengesetzt
werden können, daß der Grundriß der Isolierbox 13
demjenigen des Kryomodells 14 weitgehend angepaßt
werden kann. Die modularen Wandelemente 30 haben ab
gestufte vertikale Endkanten 31, so daß zwei benach
barte Wandelemente mit ihren Endkanten abdichtend
ineinandergreifen können, wobei rechteckige Wand
strukturen erzeugt werden können.
Jedes der Wandelelemente 30 ist etwa 10 cm stark. Es
weist eine isolierende Mittelschicht aus einem Material
von geringer thermischer Masse auf, das an seinen
Außenseiten mit einer Beschichtung aus Aluminium oder
Edelstahl versehen ist.
Damit die trockene Luft in der Arbeitskammer nicht
durch Feuchtigkeit oder sich von den Strukturelementen
ablösende Materialien verunreinigt wird, bestehen
sämtliche Metalloberflächen der Wandelemente und der
sonstigen Strukturen aus unbeschichtetem Aluminium oder
Edelstahl. Sämtliche Materialien, die Wasser enthalten,
sind an ihren Außenseiten mit Wasserbarrieren versehen.
Die Wandelemente 30 reichen bis zu einer Höhe von 1,10 m
über der Arbeitsbühne 18, so daß eine auf der Ar
beitsbühne 18 stehende Person von oben her mit der Hand
in die Isolierbox 13 eingreifen kann. Auf die Wand
elemente 30 können weitere Wandelemente 30a mit einer
Höhe von etwa 30 cm aufgesetzt werden, um die Größe der
Isolierbox auf 1,40 m zu vergrößern. Die Wandelemente
30a haben generell die gleiche Struktur wie die Wand
elemente 30.
Die Wände der Isolierbox 13 enthalten Kaltluftkanäle 33 (Fig. 3),
die innerhalb der Wandelemente 30 verlaufen.
Ein Kaltluftkanal 33 weist einen Einlaß 34 auf, dem
Kaltluft zugeführt wird. An den zum Innern der Isolier
box gewandten Seiten des Kaltluftkanals 33 befinden
sich Auslässe 35 aus Lochgittern mit (nicht darge
stellten) verschiebbaren Blenden, durch die der
Durchtrittsquerschnitt verändert werden kann, um die
aus jedem Auslaß 35 austretende Kaltluftmenge zu
variieren. Die Kaltluft wird dem Kaltluftkanal 33 in
einer solchen Rate zugeführt, daß gerade ein gering
fügiger Kaltluftüberlauf über den oberen Rand der
Isolierbox erfolgt.
Fig. 5 zeigt den generellen Aufbau der Isolierbox mit
den Wandelementen 30 und 30a. Benachbarte Wandelemente
30 sind untereinander und mit den Wandelementen 30a
durch Winkelleisten 34 verbunden und mit Schrauben 35
befestigt. Auf dem Boden 16 sind die aufragenden Wand
elemente 30 in der Weise befestigt, daß die Dichtheit
des Anschlusses auch bei thermischen Längenänderungen
aufrecht erhalten bleibt.
Wie ferner aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist unter dem
Boden 16 der Isolierbox ein den Zugang ermöglichender
Raum 40 vorhanden. Auf dem Boden 16 können ggf. Stütz
strukturen angebracht sein, um das Modell in der
Isolierbox abzustützen.
Um zu vermeiden, daß eine auf der Arbeitsbühne stehende
Person, die mit den Händen in das Innere der Isolierbox
greift, mit der Oberkante der Wand der Isolierbox in
Berührung kommt, können wärmeisolierende Kissen vor
gesehen sein, die auf dem oberen Rand der Isolierbox 13
zu befestigen sind.
Claims (9)
1. Bearbeitungsraum für ein Windkanal-Kryomodell, mit
einer verschließbaren, mit getrockneter Luft be
heizbaren Arbeitskammer (10), die eine oben offene
Isolierbox (13) aus wärmeisolierendem Material
enthält, in welche Kaltgas einleitbar ist.
2. Bearbeitungsraum nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine der die Isolierbox begrenzenden
Wände (19) eine Tür (22) enthält, die derart aus
gebildet ist, daß sie im geschlossenen Zustand
einen das Kryomodell (14) tragenden Halter (24)
durchläßt.
3. Bearbeitungsraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Isolierbox (13) auf einem
Gestell (15) mit Abstand über dem Boden der
Arbeitskammer (10) ruht.
4. Bearbeitungsraum nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Isolier
box (13) eine Arbeitsbühne (18) mit Abstand über
dem Boden der Arbeitskammer (10) vorgesehen ist.
5. Bearbeitungsraum nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (10)
über der Isolierbox (13) mindestens eine bewegbare
Deckentür (12) aufweist, die das Herausheben des
das Kryomodell (14) tragenden Halters (24) aus der
Arbeitskammer (10) ermöglicht.
6. Bearbeitungsraum nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Isolier
box (13) Kaltgaskanäle (33) mit in die Isolierbox
hineinführenden Auslässen (35) enthalten.
7. Bearbeitungsraum nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierbox (13)
aus bausteinartig kombinierbaren Wandelementen (30)
besteht, die leicht lösbar zu unterschied
lichen Geometrien der Isolierbox (13) zusammen
setzbar sind.
8. Bearbeitungsraum nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß auf die Wände der
Isolierbox (13) aufsetzbare Wandelemente (30a)
vorgesehen sind, um die Wandhöhe zu vergrößern.
9. Bearbeitungsraum nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß wärmeisolierende
Kissen vorgesehen sind, die auf dem oberen Rand
der Isolierbox (13) zu befestigen sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |