[发明专利]一种任意时刻冰形预测方法及系统

说明书

本发明适用于风洞试验技术领域，公开了一种任意时刻冰形预测方法及系统，所述的方法包含以下步骤：（1）对试验冰形图片进行数字化离散处理，得到一组干净翼型曲线坐标和冰形曲线坐标；（2）计算试验冰形的特征参数；（3）确定特征演化规律；（4）根据冰形特征演化规律和冰形曲线计算结冰过程任意时刻冰形。采用本发明的方法可以预测结冰试验过程中任意时刻冰形，既保留了试验冰形的细节特征，又能快速得到不同时刻的冰形，可以用于评估结冰过程中的气动特性变化，大大提高了试验数据的利用效率。

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，尤其涉及一种任意时刻冰形预测方法及系统。

背景技术

在穿越过冷云层时，飞机表面会发生结冰现象，结冰会导致飞机性能下降，操纵失效，甚至造成飞行事故。为保障飞行安全，在飞机设计过程中需要获得飞机在结冰环境下的结冰形状，评估其对飞机气动性能的危害，并采用一定的办法减弱或消除这种不利影响。

对积冰预测与冰对气动特性影响的研究，一般包括真实结冰气象条件下的飞行试验、结冰数值模拟和结冰风洞试验。真实结冰气象条件下的飞行试验周期长，成本高，仅能获得有限的数据；结冰数值模拟成本低、周期短，可以得到结冰过程的全部信息，但由于计算过程中总是需要对冰形进行光顺等原因，冰形与试验冰形总有一定差异；结冰风洞试验可以随时准确模拟结冰气象环境，得到比较准确的冰形，是飞机设计过程中获得结冰数据的重要来源。

目前，冰风洞试验仍然是获得结冰冰形的重要途径。但在试验过程中无法实时在线测量冰形，每次仅能得到一个结冰时间点下的冰形，无法获得结冰过程中不同时间节点的冰形，也无法评估整个结冰过程中飞机气动特性的变化规律。

发明内容

为解决结冰风洞试验只能得到单一时间点结冰冰形，无法得到结冰过程中冰形信息的问题，本发明提供一种任意时刻冰形预测方法，根据结冰过程中冰形特征演化规律，结合某一时刻结冰风洞试验冰形，建立一套预测其他时刻冰风洞试验冰形的方法。

本发明是这样实现的，一种任意时刻冰形预测方法，其特征在于包含以下步骤：

（1）对试验冰形图片进行数字化离散处理，得到一组干净翼型曲线坐标和冰形曲线坐标；

（2）计算试验冰形的冰形特征参数；

（3）确定特征演化规律：获得1组不同结冰时刻的冰形特征参数，对冰形特征参数随时间变化规律进行拟合；

（4）结冰过程任意时刻冰形预测；

其中，所述的干净翼型曲线是指未结冰前的翼型曲线，代表结冰后翼型与冰形的分界面；

冰形图片数字化处理一般使用getdata等软件，利用冰形图坐标系，提取曲线各点坐标。提取的原则是保证重构曲线的形状不变形，在曲线变化剧烈处多取点，变化缓慢处适当少取点。

由于曲线是由无限个点组成的，而数字化处理的过程中只能采用有限个点表示由无限个点组成的曲线，这种采用有限个点表示无限个点的方式叫做“离散”。

所述的任意时刻冰形预测包括：

（a）结合冰形特征演化规律和所需预测时间点，确定各冰形特征参数在预测时间点比例变化因子k_i，i表示不同的特征参数；

（b）将冰形曲线按特征点分段，利用特征点变化规律对冰形曲线上各点的比例变化因子k_j分段插值，得到冰形各点比例变化因子；其中j表示冰型曲线上各点；

（c）利用各冰形点比例变化因子对冰形坐标进行调整，得到预测冰形。

进一步地，步骤（2）中，通过观察确定冰形类型，并根据冰形类型计算相应的特征参数。

进一步地，所述的冰形类型包括流线型冰和羊角冰。