[发明专利]一种飞机结冰密度的计算方法

说明书

本发明了公开了一种飞机结冰密度的计算方法，涉及航空航天领域，具体包括如下步骤：S1：根据给定结冰条件Con 1，求解一定体积内部气泡孔隙数量N；S2：求解1个气泡孔隙的体积期望V₀；S3：根据一定体积内部气泡孔隙的数量N与1个气泡孔隙的体积期望V₀计算出结冰条件Con 1下的飞机结冰密度。本发明使计算更加简单，且根据飞机飞行过程中空气的实际温度、实际飞行速度和真实云雾属性进行计算，使计算出的飞机结冰密度更加准确，大大降低了因结冰而使发动机产生故障的机率，降低了产生飞行事故的机率。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，具体而言，涉及一种飞机结冰密度的计算方法。

背景技术

飞机在低于冰点的温度下飞行时，如果遇到含有过冷水滴(过冷水滴是指温度低于冰点但仍保持液态的水滴)的云层，云层中的水滴撞击在飞机表面上，就会在碰撞区域及其附近发生结冰现象，而结冰会导致飞机气动性能恶化、发动机功率下降，冰的脱落会造成发动机内部机械损伤甚至导致整台发动机的损坏，最终出现因发动机气动稳定性不足、空中自动熄火等导致的严重威胁飞行安全的事故。因此，飞机结冰一直是空气动力学领域的热点问题。

结冰密度关系结冰的强度，在飞机结冰预测的数值模拟中，结冰密度直接决定其生长的外形，是结冰精确预测的关键中间物理量；在防/ 除冰设计中，结冰的密度影响融冰热量，设计中希望准确获取其定量信息，以优化防/除冰系统。

然而，因结冰条件的不同，飞机结冰的密度也不同，受飞机结冰吸水性、易变形等特点影响，结冰密度的测量暂时没有较好的方法。

因此，针对具有多孔结构特点的结冰，需要发展适用的结冰密度确定方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞机结冰密度的计算方法，飞机结冰内部夹杂大量的气泡孔隙，从计算的角度出发，通过首先计算孔径的数量和分布，再结合混合物密度公式得到飞机结冰密度计算公式，从而达到计算飞机结冰密度的目的。

为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种飞机结冰密度的计算方法，具体包括如下步骤：

S1：根据给定结冰条件Con 1，求解一定体积内部气泡孔隙数量N；

S2：求解1个气泡孔隙的体积期望V₀；

S3：根据一定体积内部气泡孔隙的数量N与1个气泡孔隙的体积期望V₀计算出结冰条件Con 1下的飞机结冰密度。

进一步的，所述步骤S1中给定结冰条件Con 1为温度T(℃)、过冷水滴平均粒径r(μm)、速度v(m/s)。

进一步的，所述步骤S1中一定体积内部气泡孔隙数量N的计算公式为：

进一步的，所述步骤S2中具体包括以下步骤：

S21：确定气泡孔隙直径x服从的分布函数F(x)及其概率密度函数 F′(x)；

S22：计算最大气泡直径R_max；

S23：根据步骤S21、S22、S23计算出单个气泡孔隙的体积期望V₀。

进一步的，在步骤S21前求解中间变量k，中间变量k的求解公式为：

进一步的，所述S22中的分布函数F(x)公式为：

其中x为气泡孔隙直径。

进一步的，所述步骤S21中的概率密度函数F′(x)公式为：