[发明专利]一种结冰风洞试验冰形冰角量化评估方法和系统

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冰角量化评估方法和系统，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，建立冰形类型判定准则对冰形类型进行判定，并根据不同的冰形类型计算对应的冰形特征参数。本发明的评估方法和系统适用于大规模的试验冰形冰角量化评估任务，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冰角量化评估。

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冰角量化评估方法和系统。

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，积冰外形几何轮廓是最重要的结冰试验结果，是临界冰形选取、防除冰系统性能评估、冰模研制等试验目标的关键参数。

结冰风洞试验冰形主要包括流向冰和角状冰两大类，其中流向冰对应霜冰结冰条件(环境温度较低，液态水含量较低)，而角状冰则普遍在明冰和混合冰结冰条件(环境温度较高，液态水含量较高)下形成。这两种冰形都具有明显的角状特征，其中流向冰普遍为单角结构，而角状冰普遍为双角结构。冰角是积冰影响飞机气动特性的重要特征，是冰形定量化评估的关键元素。

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，判断冰形类型和位置，计算冰形冰角的简单特征。这种方法显著受人为主观因素的影响，获得的冰角特征结果可靠性、适用性较差，尤其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定量化处理问题，国内外结冰研究机构及学者均开展了一些研究，发展了一些量化评估方法，但是这些方法在实际工程应用中仍存在一些缺陷，缺乏系统、高效的结冰风洞试验冰形量化评估方法。国外，美国NASAGlenn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，但是该方法无法区分流向冰和角状冰，同时角状冰上下冰角范围仅简单的通过前缘点进行区分，普适性较差。

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系统、高效、适用性强的冰形定量化评估需求。

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冰角量化评估方法和系统，针对离散化的冰形和翼型数字点进行计算，计算中不涉及复杂的数学公式和数值迭代过程，可以快速高效的完成冰形特征参数的定量计算，适用于大规模的试验冰形冰角量化评估任务。

本发明是这样实现的，一种结冰风洞试验冰形冰角量化评估方法，包括如下步骤：

(1)数字化冰形几何轮廓线

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

针对数字化的冰形和翼型离散点，计算积冰厚度分布；

(3)根据翼型试验攻角α，确定冰形分界点I_D