CN107328564A - 一种飞机风挡除雨系统地面试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞机风挡除雨系统地面试验方法，属于飞机地面试验技术领域。所述方法包括首先获取时间段Δt内风挡玻璃上收集的雨水总量；其次将飞机风挡玻璃在空间坐标系下投影，获得三个方向的投影面积；最后获取地面试验时不同投影面积下的降雨总量与降雨强度，并实施地面降雨以进行风挡除雨系统地面试验。本发明按照雨量相等的原则，把飞机在飞行过程中主风挡玻璃遭遇的降雨强度转换成风挡除雨系统地面试验所需的等效降雨强度，为风挡除雨系统的地面试验提供一个较为真实的降雨环境。成本低，方法简单，模拟降雨环境与实际降雨环境更接近。

Description

一种飞机风挡除雨系统地面试验方法
技术领域
本发明属于飞机地面试验技术领域，具体涉及一种飞机风挡除雨系统地面试验方法。
背景技术
目前，进行风挡除雨系统的地面试验，有以下几种方法：(1)采用雨风洞。雨风洞可以很好地模拟自由来流和降雨对雨刷的叠加作用，为风挡除雨系统的地面试验提供一个较为真实的试验环境。但是雨风洞也有一定的缺点：试验对设备的要求高，费用大。如：试验过程中要得到高速稳定的自由来流，就要求鼓风设备具备很大的功率，同时要有足够长的通道使来流趋于稳定。再者，考虑到阻塞度的影响，风洞的横截面积不宜过小，这也增加了试验的难度。(2)分别考虑自由来流和降雨对除雨的作用并把这种作用施加到风挡玻璃上。其具体过程是：首先，在风洞中测定自由来流对机头的作用力，得到相应的参数。其次，进行雨刷系统地面试验时，在自然降雨环境中，把自由来流对雨刷的作用力施加到风挡玻璃上。这种方法比雨风洞试验过程复杂，而且由于没有考虑到飞行过程中飞机风挡玻璃上遭遇的降雨和自然降雨不同，因而试验结果有一定的偏差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种飞机风挡除雨系统地面试验方法，至少解决上述背景技术中存在的一个问题，飞机在飞行过程中遭遇的降雨环境时，把飞机的降雨强度按照降雨量相等的原则转换成地面试验应该采用的降雨强度。
本发明飞机风挡除雨系统地面试验方法，主要包括以下步骤：
步骤一、在飞机飞行速度为V1，迎角为α，航迹角为θ，雨滴垂直下落的速度为V2，降雨强度为q的情况下，获取时间段Δt内风挡玻璃上收集的雨水总量；
步骤二、计算飞机主风挡玻璃单位时间内收集的雨水量与地面试验时单位时间内收集雨水量的倍数关系，以及计算飞机飞行过程中的降雨强度与飞机静止不动时的降雨强度之间的倍数关系；
步骤三、将飞机风挡玻璃在空间坐标系下投影，获得三个方向的投影面积；
步骤四、获取地面试验时不同投影面积下的降雨总量与降雨强度；
步骤五、重复步骤一至步骤四，获得地面试验时，在不同飞行速度、迎角及航迹角下的各投影面积下的时间段Δt内降雨总量与降雨强度；
步骤六、按照步骤五的计算值对静止的飞机进行降雨试验，以测试飞机风挡除雨系统性能，其中，飞机地面试验时与其实际飞行过程中的降雨总量相同。
优选的是，所述飞机飞行速度不大于1.5VSR1，其中，VSR1为飞机最大载重情况下的起飞速度。
优选的是，所述步骤一中，获取时间段Δt内风挡玻璃上收集的雨水总量，其前提还包括设定飞机侧滑角β＝0，以及设定飞机航迹偏转角ψs＝0。
优选的是，步骤一中，所述时间段Δt内雨水总量通过以下公式计算：
(VHOR·SVER+VVER·SHOR)·W·Δt (1)
其中，
VHOR＝V1cosθ (2)
VVER＝|V1 sinθ+V2| (3)
SVER＝|S1 cos(α+θ)－S2 sin(α+θ)| (4)
SHOR＝|－S1 sin(α+θ)－S2cos(α+θ)| (5)
其中，W表示在降雨强度为q时，空气中单位体积的含水量，S1为主风挡玻璃在地面坐标系OXZ平面的投影面积，S2为主风挡玻璃在地面坐标系OYZ平面的投影面积。
优选的是，飞机主风挡玻璃单位时间内收集的雨水量与地面试验时单位时间内收集雨水量的倍数关系M为：
M＝(VHOR·SVER+VVER·SHOR)/(V2·S2) (6)。
优选的是，飞机飞行过程中的降雨强度与飞机静止不动时的降雨强度之间的倍数关系N为：
N＝(VHOR·SVER+VVER·SHOR)/(V2·S2)·q (7)。
本发明风挡除雨系统地面试验方法，按照雨量相等的原则，把飞机在飞行过程中主风挡玻璃遭遇的降雨强度转换成风挡除雨系统地面试验所需的等效降雨强度，为风挡除雨系统的地面试验提供一个较为真实的降雨环境。模拟降雨环境与实际降雨环境更接近，且成本低、方法简单。
附图说明
图1为按照本发明飞机风挡除雨系统地面试验方法的一优选实施例的流程图。
图2为本发明图1所示实施例的空间坐标系构建示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明提出了一种飞机风挡除雨系统地面试验方法。如图1所示，本试验方法需要如下假设：
(1)自由来流速度为0，即雨滴垂直下降，雨滴下落速度为常数；
(2)在某一降雨强度条件下，单位体积内所含雨水总量为恒值，且雨滴均匀分布；
(3)雨滴完全落在玻璃上，忽略飞溅掉的雨滴；
(4)雨滴垂直下落速度为V2(单位m/s，计算雨天的平均雨速)；
(5)飞机以正常姿态飞行，无侧滑角，无航迹偏转角。
建立空间坐标系，如图2所示，机身轴线为x轴，竖直方向为z轴，并在飞机静止在水平地面上时，将风挡玻璃在坐标系上进行投影，左侧主风挡玻璃在地面坐标系OXYZ的三个平面OXZ平面、OXY平面、OYZ平面上的投影。在这三个平面的投影面积分别为S1，S2，S3。
对下列两个飞行阶段飞机风挡玻璃所遭遇的降雨环境进行了分析计算:
(1)飞机在大雨中从滑跑、起飞、爬升直至速度达到1.5VSR1；
(2)速度从1.5VSR1，经下降、进场着陆、滑行，直至速度为0。
等效降雨强度计算公式假设：飞机以某一正常飞行姿态飞行时，无侧滑(即侧滑角β＝0)，无航迹偏转角(ψs＝0)。如图2所示，其迎角为α，航迹倾斜角(又称航迹角)为θ。
在上述假设条件下，给定飞机在某一时刻速度大小为V1，雨滴垂直下落的速度如上所述为V2，且速度始终保持不变。在降雨强度为q时，在某时间段Δt内，风挡玻璃上收集的“雨水总量”为：
(VHOR·SVER+VVER·SHOR)·W·Δt (1)
其中，
VHOR＝V1cosθ (2)
VVER＝|V1 sinθ+V2| (3)
SVER＝|S1 cos(α+θ)－S2 sin(α+θ)| (4)
SHOR＝|－S1 sin(α+θ)－S2 cos(α+θ)| (5)
其中，W表示在降雨强度为q时，空气中单位体积的含水量，S1为主风挡玻璃在地面坐标系OXZ平面的投影面积，S2为主风挡玻璃在地面坐标系OYZ平面的投影面积。
可以理解的是，主风挡玻璃在OYZ平面上的投影与雨滴相对于飞机的速度V1平行，该平面不收集雨水。在同样的降雨强度q和Δt时间段内，地面面积为S2的平面上收集到的“雨水体积总量”为V2S2Δt。飞机主风挡玻璃单位时间内收集的雨水量相当于地面试验时单位时间内收集雨水量的M倍。飞机在降雨强度为q的垂直降雨中以某一正常姿态飞行时，风挡玻璃上承受的降雨强度，可以等效为飞机静止不动时，降雨强度N的情况。
其中，
M＝(VHOR·SVER+VVER·SHOR)/(V2·S2) (6)
N＝(VHOR·SVER+VVER·SHOR)/(V2·S2)·q (7)
飞机在起飞爬升、降落各飞行姿态对应的等效降雨强度
据飞机以最大起飞重量从速度0到速度为1.5VSR1，以及飞机以最大着陆重量着陆过程中的性能参数，结合降雨强度计算公式(1)可计算得到飞机在起飞爬升及下降进场各飞行姿态对应的地面试验应该提供的等效降雨强度，并绘制成表格。以上计算结果可作为进行风挡雨刷系统地面试验的输入条件。在进行地面试验时，只要提供等效降雨强度，即可模拟飞机在飞行中所遭遇的降雨强度。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种飞机风挡除雨系统地面试验方法，其特征在于，包括：
步骤一、在飞机飞行速度为V1，迎角为α，航迹角为θ，雨滴垂直下落的速度为V2，降雨强度为q的情况下，获取时间段Δt内风挡玻璃上收集的雨水总量；
步骤二、计算飞机主风挡玻璃单位时间内收集的雨水量与地面试验时单位时间内收集雨水量的倍数关系，以及计算飞机飞行过程中的降雨强度与飞机静止不动时的降雨强度之间的倍数关系；
步骤三、将飞机风挡玻璃在空间坐标系下投影，获得三个方向的投影面积；
步骤四、获取地面试验时不同投影面积下的降雨总量与降雨强度；
步骤五、重复步骤一至步骤四，获得地面试验时，在不同飞行速度、迎角及航迹角下的各投影面积下的时间段Δt内降雨总量与降雨强度；
步骤六、按照步骤五的计算值对静止的飞机进行降雨试验，以测试飞机风挡除雨系统性能，其中，飞机地面试验时与其实际飞行过程中的降雨总量相同。
2.如权利要求1所述的飞机风挡除雨系统地面试验方法，其特征在于，所述飞机飞行速度不大于1.5VSR1，其中，VSR1为飞机最大载重情况下的起飞速度。
3.如权利要求1所述的飞机风挡除雨系统地面试验方法，其特征在于，所述步骤一中，获取时间段Δt内风挡玻璃上收集的雨水总量，其前提还包括设定飞机侧滑角β＝0，以及设定飞机航迹偏转角ψs＝0。
4.如权利要求1所述的飞机风挡除雨系统地面试验方法，其特征在于，步骤一中，所述时间段Δt内雨水总量通过以下公式计算：
(VHOR·SVER+VVER·SHOR)·W·Δt (1)
其中，
VHOR＝V1cosθ (2)
VVER＝|V1sinθ+V2| (3)
SVER＝|S1cos(α+θ)－S2sin(α+θ)| (4)
SHOR＝|－S1sin(α+θ)－S2cos(α+θ)| (5)
其中，W表示在降雨强度为q时，空气中单位体积的含水量，S1为主风挡玻璃在地面坐标系OXZ平面的投影面积，S2为主风挡玻璃在地面坐标系OYZ平面的投影面积。
5.如权利要求4所述的飞机风挡除雨系统地面试验方法，其特征在于，飞机主风挡玻璃单位时间内收集的雨水量与地面试验时单位时间内收集雨水量的倍数关系M为：
M＝(VHOR·SVER+VVER·SHOR)/(V2·S2) (6)。
6.如权利要求4所述的飞机风挡除雨系统地面试验方法，其特征在于，飞机飞行过程中的降雨强度与飞机静止不动时的降雨强度之间的倍数关系N为：
N＝(VHOR·SVER+VVER·SHOR)/(V2·S2)·q (7)。
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