[發明專利]一種任意時刻冰形預測方法及系統

有效

• 申請號: 202010499005.9
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111400826B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 趙獻禮;易賢;郭向東;周靚
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 北京勁創知識產權代理事務所(普通合伙) 11589
• 代理人: 李康

本發明適用于風洞試驗技術領域，公開了一種任意時刻冰形預測方法及系統，所述的方法包含以下步驟：（1）對試驗冰形圖片進行數字化離散處理，得到一組干凈翼型曲線坐標和冰形曲線坐標；（2）計算試驗冰形的特征參數；（3）確定特征演化規律；（4）根據冰形特征演化規律和冰形曲線計算結冰過程任意時刻冰形。采用本發明的方法可以預測結冰試驗過程中任意時刻冰形，既保留了試驗冰形的細節特征，又能快速得到不同時刻的冰形，可以用于評估結冰過程中的氣動特性變化，大大提高了試驗數據的利用效率。

技術領域

本發明屬于風洞試驗技術領域，尤其涉及一種任意時刻冰形預測方法及系統。

背景技術

在穿越過冷云層時，飛機表面會發生結冰現象，結冰會導致飛機性能下降，操縱失效，甚至造成飛行事故。為保障飛行安全，在飛機設計過程中需要獲得飛機在結冰環境下的結冰形狀，評估其對飛機氣動性能的危害，并采用一定的辦法減弱或消除這種不利影響。

對積冰預測與冰對氣動特性影響的研究，一般包括真實結冰氣象條件下的飛行試驗、結冰數值模擬和結冰風洞試驗。真實結冰氣象條件下的飛行試驗周期長，成本高，僅能獲得有限的數據；結冰數值模擬成本低、周期短，可以得到結冰過程的全部信息，但由于計算過程中總是需要對冰形進行光順等原因，冰形與試驗冰形總有一定差異；結冰風洞試驗可以隨時準確模擬結冰氣象環境，得到比較準確的冰形，是飛機設計過程中獲得結冰數據的重要來源。

目前，冰風洞試驗仍然是獲得結冰冰形的重要途徑。但在試驗過程中無法實時在線測量冰形，每次僅能得到一個結冰時間點下的冰形，無法獲得結冰過程中不同時間節點的冰形，也無法評估整個結冰過程中飛機氣動特性的變化規律。

發明內容

為解決結冰風洞試驗只能得到單一時間點結冰冰形，無法得到結冰過程中冰形信息的問題，本發明提供一種任意時刻冰形預測方法，根據結冰過程中冰形特征演化規律，結合某一時刻結冰風洞試驗冰形，建立一套預測其他時刻冰風洞試驗冰形的方法。

本發明是這樣實現的，一種任意時刻冰形預測方法，其特征在于包含以下步驟：

（1）對試驗冰形圖片進行數字化離散處理，得到一組干凈翼型曲線坐標和冰形曲線坐標；

（2）計算試驗冰形的冰形特征參數；

（3）確定特征演化規律：獲得1組不同結冰時刻的冰形特征參數，對冰形特征參數隨時間變化規律進行擬合；

（4）結冰過程任意時刻冰形預測；

其中，所述的干凈翼型曲線是指未結冰前的翼型曲線，代表結冰后翼型與冰形的分界面；

冰形圖片數字化處理一般使用getdata等軟件，利用冰形圖坐標系，提取曲線各點坐標。提取的原則是保證重構曲線的形狀不變形，在曲線變化劇烈處多取點，變化緩慢處適當少取點。

由于曲線是由無限個點組成的，而數字化處理的過程中只能采用有限個點表示由無限個點組成的曲線，這種采用有限個點表示無限個點的方式叫做“離散”。

所述的任意時刻冰形預測包括：

（a）結合冰形特征演化規律和所需預測時間點，確定各冰形特征參數在預測時間點比例變化因子k_i，i表示不同的特征參數；

（b）將冰形曲線按特征點分段，利用特征點變化規律對冰形曲線上各點的比例變化因子k_j分段插值，得到冰形各點比例變化因子；其中j表示冰型曲線上各點；

（c）利用各冰形點比例變化因子對冰形坐標進行調整，得到預測冰形。

進一步地，步驟（2）中，通過觀察確定冰形類型，并根據冰形類型計算相應的特征參數。

進一步地，所述的冰形類型包括流線型冰和羊角冰。