[發(fā)明專利]飛機的水滴撞擊特性計算方法及裝置、設(shè)備、存儲介質(zhì)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310263020.7
• 申請日: 2023-03-17
• 公開（公告）號: CN116401834A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐兆可;張非凡
• 申請（專利權(quán)）人: 中國民航大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京力量專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 毛雨田

本發(fā)明涉及水滴撞擊特性模擬技術(shù)領(lǐng)域，公開一種飛機的水滴撞擊特性計算方法及裝置、設(shè)備、存儲介質(zhì)，所述方法包括：收集雙流體模型參數(shù)，所述雙流體模型參數(shù)包括氣流相參數(shù)和水滴相參數(shù)；根據(jù)雙流體模型參數(shù)，計算水滴相體積分?jǐn)?shù)分布和速度分布；根據(jù)水滴相體積分?jǐn)?shù)分布和速度分布，提取機翼表面的水滴相體積分?jǐn)?shù)和水滴撞擊速度；計算飛機表面的水滴收集率；根據(jù)水滴收集率，識別出水滴撞擊特性。本發(fā)明考慮氣流相和水滴相的雙向耦合，分別計算兩相的控制方程，考慮計算過程中氣流相和水滴相的相互影響，從而能夠模擬流動過程中的非定常效應(yīng)，可保證較低計算量和較高魯棒性的同時，能夠提高水滴撞擊特性計算精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水滴撞擊特性模擬技術(shù)領(lǐng)域，例如涉及一種飛機的水滴撞擊特性計算方法及裝置、設(shè)備、存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

水滴撞擊特性的研究，是飛機飛行中結(jié)冰研究和系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。飛機飛行中穿越包含有過冷水滴的云層時，過冷水滴撞擊飛機表面產(chǎn)生冰積聚。機翼表面結(jié)冰會破壞升力面，導(dǎo)致升力降低，阻力增大，同時減小失速迎角，嚴(yán)重威脅飛機的飛行安全。結(jié)冰數(shù)值模擬方法相對于實驗具有成本低、周期短等優(yōu)點，因此成為研究飛機結(jié)冰、影響和防除冰技術(shù)的重要手段。目前國外已發(fā)展出多款結(jié)冰仿真軟件，比如基于Lagrangian法的美國的LEWICE，英國的TRAJICE2和法國的ONERA等，以及基于Eulerian法的FENSAP-ICE,該軟件已集成于ANSYS平臺中。LEWICE和FENSAP-ICE常作為標(biāo)準(zhǔn)軟件驗證其他結(jié)冰仿真程序的準(zhǔn)確性。

過冷水滴撞擊機翼前部區(qū)域，同時會在機翼后方產(chǎn)生所謂的“水滴陰影區(qū)”，該區(qū)域無水滴。水滴陰影區(qū)的精確評估，對旋翼飛機后方旋翼的水滴撞擊特性具有重要影響，也對固定翼飛機結(jié)冰探測器安裝位置的確定具有重要意義。

現(xiàn)有技術(shù)中，廣泛應(yīng)用的水滴撞擊模型有Lagrangian方法和Eulerian方法。Lagrangian方法基于動量方程計算所有水滴的運動軌跡，假設(shè)水滴是剛性圓球且不會影響流體流動，但會受到空氣動力的作用，即為單向耦合。忽略水滴重力，只考慮空氣曳力對水滴運動的影響。水滴從物體上游足夠遠的位置釋放，直至水滴撞擊到物面。可采用“二分法”確定上下表面的撞擊極限，且通過水滴的撞擊位置確定水滴收集率。Lagrangian方法能用于二維外形或簡單的三維外形，如機翼或機身，但是由于該方法難以精確預(yù)測復(fù)雜幾何外形的撞擊位置，導(dǎo)致其難以用于復(fù)雜外形的仿真分析。Eulerian法包含水滴相體積分?jǐn)?shù)和動量方程的求解，由Bourgault提出并應(yīng)用于FENSAP-ICE。該方法同樣是單向耦合，只考慮曳力的作用。Eulerian法可與流場計算采用相同的網(wǎng)格。水滴相控制方程遠場邊界條件水滴速度與氣流速度相同；物面邊界條件，水滴撞擊物面即可視為離開計算區(qū)域，若法向速度大于0(流出計算域)，水滴體積分?jǐn)?shù)和速度都取相鄰網(wǎng)格的值，若法向速度小于0(流入計算域)，水滴體積分?jǐn)?shù)取0，水滴速度都取相鄰網(wǎng)格的值。該方法可成功模擬復(fù)雜幾何外形的撞擊特性，如短艙、多元翼等。但是Eulerian法只包含有對流項，而缺乏擴散項，因此不能充分考慮水滴濃度梯度引起的擴散效應(yīng)，導(dǎo)致不能精確預(yù)測水滴陰影區(qū)，乃至水滴撞擊極限。目前也有少量研究人員在水滴撞擊特性數(shù)值模擬中引入擴散項，以保證高階計算的穩(wěn)定性，或水滴陰影區(qū)預(yù)測的精確性。現(xiàn)有的奇異點擴散模型可保證較高的魯棒性，但對水滴陰影區(qū)及撞擊極限的預(yù)測精度較差。

因此，目前缺少一種飛機飛行中水滴撞擊特性計算方法用以解決現(xiàn)有技術(shù)中計算水滴撞擊特性精度不足的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了對披露的實施例的一些方面有基本的理解，下面給出了簡單的概括。所述概括不是泛泛評述，也不是要確定關(guān)鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護范圍，而是作為后面的詳細說明的序言。

本公開實施例提供了一種飛機的水滴撞擊特性計算方法及裝置、設(shè)備、存儲介質(zhì)，能夠更加精準(zhǔn)計算出水滴撞擊特性。