[发明专利]一种基于数值模拟的结冰风洞试验相似转换方法

说明书

本发明公开了一种基于数值模拟的结冰风洞试验相似转换方法，该方法通过相似准数，计算出试验所需的参数，若参数超出结冰风洞能力包线范围，则对参数进行调整，使得参数满足结冰风洞能力包线范围；并通过CFD软件对转换前后的状态进行模拟计算，对比转换前后的冰型计算结果，用以评估转换结果是否满足要求；若计算结果对比显示转换前后冰型差距较大，应重新选取参数。通过此方法可以实现在现有结冰风洞能力包线的范围内得到准确的模拟和实验结果，降低对结冰风洞的性能要求。

技术领域

本申请涉及数值模拟领域，具体而言，涉及一种结冰风洞实验的数值模拟。

背景技术

结冰风洞试验是评估飞机安全性能的重要手段，通过试验的方法可以获得飞机结冰对飞行性能的影响，或考核飞行器的防除冰系统性能。对于较大的飞行器或部件模型，目前世界上主要的结冰风洞均无法进行全尺寸试验，因此需要对模型进行缩比。为了使缩比模型的结冰风洞试验获得和原始尺寸几何相似的冰型，需要对试验条件进行相似转换。相似转换方法是一种对缩比模型为对象实施的分析方法，通过一系列相似准则数对试验状态参数进行计算，并得到尽可能接近原定目标状态的试验结果。

常见的相似转换方法有Ruff方法，ONERA方法，Olsen方法等。各类转换方法都或多或少的保证了若干种相似准则数相等，一般认为满足相等的相似准则数越多越接近目标状态。其中Ruff方法可以至少保证五个相似准则数相等，且在NASA的IRT风洞进行了大量试验验证，结果显示Ruff方法在多数时候能够得到更接近原定目标状态。Ruff方法主张使用前缘直径韦伯数WeL作为转换状态的风速依据，使用相对热系数水滴能量传递势 作为转换状态的温度依据。然而使用Ruff方法具有很多限制，使用WeL作为速度选择依据则必然导致转换后速度增加：速度越高，结冰风洞的云雾场越不均匀；同时MVD会下降，甚至超过结冰风洞的能力范围。

发明内容

本申请的目的在于提供一种新的相似转换方法，以提高相似转换的实用性。

本申请是采用以下技术方案实现的：一种基于数值模拟的结冰风洞试验相似转换方法，包括以下步骤：（1）通过相似准数，计算模型结冰的实验条件下的风速V_s及和水滴中值直径δ_s；（2）检查V_s及δ_s是否在结冰风洞能力包线范围内；若其超过所述结冰风洞能力包线，对V_s及δ_s进行调整以符合结冰风洞能力包线范围；符合结冰风洞能力包线范围后进入下一步骤；（3）计算模型结冰的实验条件下的气流静温T_st,S及液态水含量LWC；（4）检查T_st,S及LWC是否在结冰风洞能力包线范围内；若其超过结冰风洞能力包线，对T_st,S及LWC进行调整以符合结冰风洞能力包线范围；符合结冰风洞能力包线范围后进入下一步骤；（5）计算模型结冰的实验条件下的结冰时间τ_s；（6）使用CFD软件对转换前后的状态进行模拟计算，对比转换前后的冰型计算结果，用以评估转换结果是否满足要求；若计算结果对比显示转换前后冰型相似程度小于90%，应重新选取参数。

所述步骤（1）中，所述V_s通过相似准数We_L确定，We_L的定义如下：