航空发动机需进行连续吸雹试验考核,针对持续投放大量冰雹问题,设计了一种螺旋杆输送机与压缩空气输送冰雹结合的连续冰雹抛射装置。使用离散单元法及计算流体力学耦合计算方法对冰雹在螺旋叶片空间及等截面摩擦管流中的运动过程计算模拟,分析得到冰雹运动及加速过程原理,冰雹在压缩空气拖曳力作用下逐渐加速运动。对该螺旋输送机,进行不同运转转速条件下的计算模拟,结果显示,在螺旋叶片转速为50~140 r/min范围内,冰雹输送流量随着转速的增加而增加,可实现冰雹投放量在0.26~0.67 kg/s范围内调节。

将离散单元法应用于冰雹连续投放机构的原理分析。对于基本型结构,由于叶轮运输冰雹能力远大于抛射管的流通能力,造成冰雹在叶轮级间多次旋转,不利于投放量的有效控制及冰雹完整形态保持。对此提出了改进结构,得到了有利于冰雹投放控制的设计参数,叶轮底部半径75 mm,顶部半径98 mm。在这种结构下,冰雹投放量随电机频率的增大先增大,后基本保持不变。对不同叶轮长度进行计算分析,瞬时投放量随叶轮长度的增大而增大。对于叶轮有效长度为110 mm的结构,电机频率在20~40 Hz区间内,冰雹投放量随频率增大逐渐增大,可实现投放量在0.8~1.3 kg/s的调节。