[發明專利]一種改進的結冰傳感器安裝位置確定方法

有效

• 申請號: 202110255567.3
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112678189B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 石雅楠;王強;易賢;劉宇;楊升科;李維浩
• 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: B64D15/20
• 分類號: B64D15/20;B64F5/00
• 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

本發明適用于飛機結冰探測技術領域，提供了一種改進的結冰傳感器安裝位置確定方法：計算帶有傳感器的飛機的空氣流場；計算傳感器所在位置的水收集系數β1與機翼上的最大水收集系數β2的比值β1/β2；若比值β1/β2大于1，則計算傳感器上的平均結冰厚度h1與機翼上迎風面的平均結冰厚度h2的比值h1/h2；若比值h1/h2大于1，則將該位置確定為傳感器的安裝位置；若比值h1/h2小于等于1，則該位置不適合安裝傳感器。本發明將冰型計算與液態水分析進行耦合用于判斷傳感器的安裝位置，避免了由于凍結率較低而導致的評估誤差，評估可靠性更高。

技術領域

本發明屬于飛機結冰探測技術領域，尤其是涉及一種改進的結冰傳感器安裝位置確定方法。

背景技術

飛機在含有過冷水滴的云層中飛行時，過冷水滴會撞擊在飛機表面上并可能凍結成冰。結冰會破壞飛機的氣動外形，改變其氣動力特性，結冰嚴重時還可能導致飛行事故。為了保證飛行安全，準確判斷是否發生結冰十分關鍵。結冰傳感器可以在結冰發生初期向飛行機組人員發出告警，自動開啟或指示機組人員開啟防除冰系統，從而避免因結冰引起的飛行事故的發生，是飛行安全的一項改進措施。合適的結冰傳感器安裝位置是保障結冰探測系統發揮預定性能的前提和關鍵因素。

目前國內外對結冰傳感器的研究工作主要集中在工作原理的理論分析和測量應用，對安裝位置的深入研究及分析較少。朱程香（朱程香，孫志國，付斌，朱春玲. 探頭式結冰傳感器安裝位置分析[J]. 航空動力學報，2011，26(12)：2676-2683）、易賢（易賢，李維浩，王應宇，馬洪林. 飛機結冰傳感器安裝位置確定方法[J]. 實驗流體力學，2018，32(02)：48-54）等人提出了一些簡化的傳感器安裝位置確定方法。但是這些方法仍然存在一定的評估誤差，例如在溫度相對較高，液態水含量較大的工況下，存在因凍結率較低而導致的評估誤差，導致評估的可靠性降低。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明的目的是提供一種改進的結冰傳感器安裝位置確定方法，將冰型計算與液態水分析進行耦合，從而提升結冰傳感器安裝位置的可靠性。

具體地，一種改進的結冰傳感器安裝位置確定方法，包括以下步驟：

1-1. 計算帶有傳感器的飛機的空氣流場；

作為優選，空氣流場的計算公式為：

其中，為輸運變量，取1和、分別代表連續方程和x、y、z方向的動量方程；為空氣密度，為空氣速度的矢量，為擴散系數，為源項，是梯度算子，grad是梯度函數，t為時間步長，即計算過程中單步的時間步長。

1-2. 計算傳感器所在位置的水收集系數β1與機翼上的最大水收集系數β2的比值β1/β2；

本領域技術人員可以理解，傳感器的大小相對于飛機的尺寸來說是非常小的，可以將其看成是一個點，因而在計算時，可以將傳感器所在的位置簡化為一個點來處理，計算傳感器所在位置的這一個點的水收集系數作為評估參數；當然，也可以將計算傳感器所在位置作為一個面，計算該所在的面的平均水收集系數作為評估參數，本發明將這兩種方式所計算的結果均稱為傳感器所在位置的水收集系數β1。

作為優選，水收集系數β的計算公式為：

其中，為當地水滴容積分數，為水滴速度的向量，為遠場水滴容積分數，為遠場水滴速度，為物面碰撞點處的單位法線向量，符號“”表示向量的模。

進一步地，所述當地水滴容積分數通過以下公式計算：

；

其中，為水滴速度的向量，為水滴密度，為重力加速度，為慣性因子，其表達式為：