[发明专利]一种结冰风洞试验冰形面积计算方法

说明书

本发明适用于航空领域，提供了一种结冰风洞试验冰形面积计算方法，首先针对结冰风洞试验中获取的冰形轮廓线，采用冰形几何轮廓线数字化方法，获得冰形轮廓线离散坐标点，进而针对冰形离散点，发展了基于积冰厚度分布和冰形面积单元的冰形面积参数计算方法，提出了一种高效的结冰风洞试验冰形面积计算方法，以解决结冰风洞试验冰形面积的量化评估问题，实现冰形的定量化后处理。该计算方法中不涉及复杂的数学公式和耗时的数值迭代过程，可以快速高效的完成冰形面积参数的定量计算，适用于大规模的试验冰形面积量化评估任务。

技术领域

本发明属于航空领域，尤其涉及一种结冰风洞试验冰形面积计算方法。

背景技术

当飞机在云层中飞行时，云层中的过冷水滴（即温度低于冰点的液态水滴）会不断撞击飞机迎风面，导致其表面发生结冰现象。飞机结冰广泛存在于飞行实践中，并严重威胁飞行安全。结冰风洞是开展飞机结冰研究及飞机部件防除冰系统验证的重要地面试验设备，其在飞机结冰适航审定中扮演着重要角色。结冰风洞试验中，积冰形貌是最重要的结冰试验结果，是实现临界冰形选取、防除冰系统性能评估、冰模研制等试验目标的关键参数，其中积冰面积参数是重要的积冰形貌特征。

目前，结冰风洞普遍采用冰形绘制技术实现积冰二维几何轮廓的测量。该技术利用热刀切割积冰主体，使用铅笔在网格纸上描绘积冰切缝处的二维冰形轮廓，获得二维冰形轮廓线网格图纸。针对绘制的二维冰形网格图纸，通常采用视觉定性与简单测量相结合的评估方法，判断冰形位置及范围，计算冰形简单特征。这种方法显著受人为主观因素的影响，获得的冰形特征结果可靠性、适用性较差，尤其针对冰形面积这一关键参数，无法进行准确计算，此外对于大量冰形试验结果，该方法处理效率较低，无法满足试验周期的要求。

针对结冰风洞试验冰形面积量化处理问题，国内外结冰研究机构及学者均开展了一些研究，发展了一些量化计算方法，但是这些方法在实际工程应用中仍存在一些缺陷，缺乏快速、高效的结冰风洞试验冰形面积计算方法。国外，美国NASA Glenn中心为验证结冰计算程序和结冰相似准则，率先对结冰风洞试验冰形定量化处理问题开展了研究，发展了试验冰形与计算冰形定量化比较评估方法，形成了THICK冰形特征参数计算程序，初步实现了冰形特征参数的定量计算，但是该方法仍存在较大缺陷，无法精确计算积冰面积等参数。而在国内，相关研究较少，近年来，随着大型结冰风洞-3米×2米结冰风洞的建成，在结冰试验的急迫需求牵引下，一些学者针对冰形相似度及简化问题开展了初步研究，发展了一些简化的积冰面积量化评估方法，但是这些研究主要关注冰形特征参数的深度分析，缺乏试验冰形特征参数提取与计算的详细研究，无法完全满足结冰风洞试验中快速、高效、适用性强的冰形面积参数量化评估需求。

发明内容

为解决结冰风洞试验冰形面积量化评估问题，本发明提供一种结冰风洞试验冰形面积计算方法，该方法计算过程中不涉及复杂的数学公式和耗时的数值迭代过程，可以快速高效地完成冰形面积参数的定量计算，适用于大规模的试验冰形面积量化评估任务。

具体地，一种结冰风洞试验冰形面积计算方法，包括如下步骤：

（1）数字化冰形轮廓线

对试验中绘制的冰形轮廓线网格图纸进行数字化扫描，定义数字化坐标系，提取翼型和冰形轮廓线离散坐标点，绘制冰形轮廓线图；

（2）计算积冰厚度分布

根据翼型和冰形轮廓线离散坐标点，计算冰形轮廓线各离散点处积冰厚度，绘制积冰厚度分布图；

（3）计算冰形面积

计算冰形轮廓线与翼型曲线围成的冰形面积。

进一步地，步骤（1）中，定义数字化坐标的具体方法为：将翼型前缘点设为坐标原点，X轴沿翼型弦线，指向翼型尾部，Y轴从翼型下翼面指向上翼面。