[发明专利]一种飞机结冰表面粗糙度计算方法

说明书

本发明适用于飞机结冰技术领域，提供了一种飞机结冰表面粗糙度计算方法，包括以下步骤：取水滴粒径分布，根据水滴粒径分布选择n种水滴粒径d_i，并计算出对应的质量分数；分别计算出n种水滴粒径d_i对应的局部液态水收集系数，s为水滴撞击点距飞机机翼前缘点的物面距离；计算液态水滴当地平均体积直径MVD(s)和当地液态水含量LWC(s)；利用计算出的当地液态水含量LWC(s)和当地液态水滴平均体积直径MVD(s)计算出机翼壁面的粗糙度k_s(s)。本发明采用水滴重新分布后变化了的液态水滴平均体积直径MVD和液态水含量LWC计算机翼壁面的粗糙度k_s。本发明所计算出的粗糙度更贴合实际情况，更为准确，便于后续对机翼表面的结冰情况进行准确的判断。

技术领域

本发明涉及一种飞机结冰计算方法 ，尤其是涉及一种飞机结冰表面粗糙度计算方法。

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的云层，云层中的水滴撞击在飞机表面上，就会导致结冰。结冰会改变飞机的绕流流场，导致部件载荷分布发生变化，从而破坏空气动力学性能，影响飞机的操纵性和稳定性，危害飞行安全。

数值计算可以快速预测飞机结冰严重程度。在结冰数值计算中，对流换热是影响结冰计算结果重要因素之一，对流换热系数对结冰增长速率和冻结系数影响都很大。当飞机表面未结冰时，可认为表面是光滑的，粗糙度对流换热影响较小，当粗糙度的值与边界层厚度相当或高于边界层厚度时，对流换热过程将大幅度增强。同时，结冰表面的粗糙度也会影响水收集系数和摩擦系数等，这些变化也会影响结冰的计算结果，因此，对于粗糙度的正确计算极为重要。

等效砂砾粗糙高度模型是一种广泛使用的粗糙度计算模型，其认为结冰表面粗糙度与液态水含量 LWC、来流空气温度T以及空气速度v有关。经过进一步对实验数据分析发现，还应考虑空气中液态水滴平均体积直径MVD的影响，而来流空气速度的影响可以忽略不计。

虽然等效砂砾粗糙高度模型是经典的粗糙度模型，但是存在一定不足：在确定结冰的云雾场参数后，在整个结冰数值计算中，所使用的液态水含量 LWC指的是来流液态水含量LWC、使用的液态水滴平均体积直径MVD指的是来流液态水滴平均体积直径MVD。而来流液态水含量LWC和来流液态水滴平均体积直径MVD在云雾场参数确定之后均为定值，在整个结冰计算内其值保持不变，不会随着表面位置的变化而变化。而实际上，液态水滴在撞击飞机表面后，液态水滴会重新分布，液态水含量 LWC、液态水滴平均体积直径MVD等都会发生变化，而不再等同于来流液态水含量LWC和来流液态水滴平均体积直径MVD。因此，采用来流液态水含量LWC和来流液态水滴平均体积直径MVD所计算出来的粗糙度值与实际存在较大的偏差。