[發明專利]基于光纖結冰探測的云霧參數計算及冰形預測方法、介質

有效

• 申請號: 202210224054.0
• 申請日: 2022-03-07
• 公開（公告）號: CN114676560B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 王強;易賢;王文;劉蕊迪
• 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: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01B11/06;G06F111/10
• 代理公司: 四川中代知識產權代理有限公司 51358
• 代理人: 王鴻

本發明適用于冰形預測技術領域，提供了一種基于光纖結冰探測的云霧參數計算及冰形預測方法、介質。本發明通過理論計算發現結冰速率與液態水含量、液滴中值直徑具有函數關系，并以此為出發點，由光纖結冰傳感器探測結冰速率，就得到液態水含量和液滴中值直徑兩個未知參數的方程式。為了解算這個方程，本發明在FAR?25部附錄C中的數據擬合得到關于LWC和MVD的函數關系，由此得到兩個只含有LWC和MVD兩個未知數的方程，將兩個方程聯立求解即解算出LWC和MVD這兩個云霧參數，并且是根據環境變化實時計算得到的云霧參數，從而解決了現有技術無法實時預測云霧參數的技術問題。

技術領域

本發明涉及冰形預測技術領域，尤其是涉及一種基于光纖結冰探測的云霧參數計算及冰形預測方法、介質。

背景技術

結冰物理現象會對航空、航海、風力發電、電力輸運等諸多領域產生重要影響，對國民經濟建設帶來極大威脅。準確地預測不同結冰氣象條件下部件的冰形特征，是開展結冰安全評估、覆冰影響分析、防除冰策略制定等多方面的重要前提。目前，已經形成了包括結冰數值計算、結冰風洞試驗等一系列手段在內的冰形預測方法。但這些預測方法通常僅針對指定的結冰環境工況(如確定的來流風速、溫度、液態水含量、平均水滴直徑、結冰時間等)，在實際運行環境中，結冰環境參數通常呈現時間上非定常、空間上非均勻等一系列復雜特征，對當前的結冰預測提出了較大的挑戰，現有技術中也出現了基于飛行條件和結冰厚度變化來反推氣象參數的方法，如專利CN201811538800.3，但是這種通過數值計算建立數據庫，實測時通過插值計算的方法會造成很大的誤差，因此，現有技術仍然無法精確地獲得實時的云霧參數。

另一方面，當前結冰預測重點面向固定部件，針對直升機旋翼、飛機螺旋槳、風力機葉片等旋轉部件結冰的結冰預測方法較少，不能高效地進行結冰的預測。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供一種基于光纖結冰探測的云霧參數計算及冰形預測方法、介質。一方面根據能夠實時測得較為準確的試驗參數值去反解算得到實時的云霧參數，另一方面，針對當前旋轉部件結冰影響因素更多、物理機制復雜、高準確度結冰預測手段欠缺現狀，本申請提出了一種基于光纖結冰探測的旋轉葉片冰形預測方法，通過有效結合光纖結冰探測與高準確度結冰數值計算方法的優勢，實現旋轉葉片的動態冰形評估和分析，為多領域內存在的結冰預測需求提供有效的手段。

一種基于光纖結冰探測的云霧參數計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S10.采用光纖結冰傳感器探測結冰增長率R_ice：

S20.測定環境溫度T_s，并根據《運輸類飛機適航標準》FAR?25部附錄C的規定擬合得到液態水含量LWC和液滴中值直徑MVD的函數關系：

LWC＝f₀(MVD,T_s)?(4)

S30.聯立公式(4)(5)計算得到云霧參數，所述云霧參數為液態水含量LWC和液滴中值直徑MVD；

其中，t是時間，n₀為凍結系數，n₀(MVD,LWC)表示該凍結系數與MVD和LWC相關，β₀為收集系數，β₀(MVD)表示該收集系數與MVD相關，ρ_ice為帶孔隙冰密度。

進一步地，步驟S10中，采集所述光纖結冰傳感器的光功率，并通過下式計算結冰厚度L_ice：

其中，e為自然常數，A₁、A₂、A₃、A₄、A₅均為測定的常數。