CN111553084B - 一种直升机结冰探测位置优选方法、电子产品和存储装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直升机设计领域，具体涉及一种直升机结冰探测器位置优选方法、电子产品和存储装置。结冰探测器在机上位置的布置直接影响结冰环境探测的准确性和快速性，结冰探测器位置的布置尤为重要。本发明基于机身壁面附近的流场特性，采用气液两相流方法，分析机身壁面附近水滴撞击特性，优选出结冰环境与大气结冰环境接近的位置，作为结冰探测器的安装位置。可以有效的进行直升机不同结冰探测器位置结冰特性差异性评估，分析直升机机身壁面附近的流场特性、水滴撞击液态水含量分布规律，以及机身壁面温度场变化，已通过喷洒塔试验验证了结冰探测器告警，自动开启防除冰系统，证明本发明方法的可行性、有效性。

Description

一种直升机结冰探测位置优选方法、电子产品和存储装置
技术领域
本发明属于直升机设计领域，具体涉及一种直升机结冰探测器位置优选方法、电子产品和存储装置。
背景技术
为保证直升机飞行安全，需在机身加装结冰探测器，探测直升机是否进入云雾结冰环境。不具备结冰环境飞行的直升机接收到结冰探测器告警，飞行员需立即改出，防止旋翼系统桨叶结冰，影响飞行安全；具备结冰环境飞行的直升机，结冰探测器检测到结冰环境，旋翼防除冰系统开启自动除冰功能，确保飞行安全。
为确保直升机飞行安全，结冰探测器需安装在机身气动干扰位置最小的位置，而不同直升机的气动环境差异比较大，因此，结冰探测器在机上位置的布置直接影响结冰环境探测的准确性和快速性，结冰探测器位置的布置尤为重要。
发明内容
为解决结冰探测器的位置准确布置问题，本发明提出了一种直升机结冰探测器位置优选方法、电子产品和存储装置。
机身壁面附近的结冰特性与机身不同位置的曲面外形、环境温度、空气水滴含量(包括液态水含量LWC和水滴直径MVD)有关。其中不同位置的曲面外形会直接影响壁面的水滴撞击速度和水滴撞击时的液态水含量(droplet LWC)，从而直接影响结冰情况。
本发明基于机身壁面附近的流场特性，采用气液两相流方法，分析机身壁面附近水滴撞击特性，优选出结冰环境与大气结冰环境接近的位置，作为结冰探测器的安装位置。
本发明提供一种直升机结冰探测器位置优选方法，包括以下步骤：
(1)结合直升机飞行时大气环境，选定相应的结冰云雾环境和飞行速度作为仿真分析环境输入条件；
(2)对机身模型进行网格划分，选取边界条件、计算模型，进行机身结冰环境流场特性仿真和水滴撞击特性分析；并进一步得出机身壁面附件水滴撞击流线和水滴撞击时的液态水含量；
(3)确定结冰探测器备选的布置位置；
(4)对不同位置结冰探测器的水滴撞击时的液态水含量和机身壁面附近温度变化进行对比分析，类比分析不同位置结冰探测器水滴含量和温度随壁面距离变化曲线；
(5)选出水滴撞击时的结冰探测器液态水含量最大位置作为结冰探测器优选位置。
进一步地，如果步骤(5)没有选出结冰探测器优选位置，则以满足结冰探测器温度与环境温度差最小化原则选取结冰探测器位置。
进一步地，所述步骤(2)中，边界条件包括：来流速度、大气温度、大气压力和液态水含量，机身壁面均设置为耦合换热的无滑移壁面、设置辐射散热系数。
进一步地，所述步骤(2)中，计算模型包括：
(a)流场特性仿真分析，计算模型采用低自由流湍流的Spalart-Allmaras模型，开启能量方程和Discete Ordinates热辐射模型；
(b)基于流场特性仿真结果，基于动量方程，求解机身壁面附近水滴运动特性和水滴撞击特性。
进一步地，所述Spalart-Allmaras模型中涡/层流粘度比取1e-5。
进一步地，基于所述机身壁面附近水滴运动特性和水滴撞击特性，进一步得出机身壁面附件水滴撞击流线和水滴撞击时的液态水含量。
本发明还提供一种电子产品，其能够执行上述的直升机结冰探测器位置优选方法。
本发明还提供一种存储介质，其中存储有可执行程序，执行上述的直升机结冰探测器位置优选方法。
有益效果：本发明可以有效的进行直升机不同结冰探测器位置结冰特性差异性评估，分析直升机机身壁面附近的流场特性、水滴撞击液态水含量分布规律，以及机身壁面温度场变化，提供了一种快速高效评估直升机结冰探测器位置选定是否满足要求的优选技术方法，有利于提升直升机结冰环境气动特性仿真分析能力，提高设计效率。
本发明的优选方法选定的结冰探测器位置，已通过喷洒塔试验验证了结冰探测器告警，自动开启防除冰系统，证明本发明方法的可行性、有效性。
附图说明
图1为本发明的结冰探测器备选位置示意图；
图2为机身流场特性及机身壁面水滴撞击特性分析示意图；
图3结冰探测器位置droplet LWC分布示意图；
图4结冰探测器位置机身壁面附近环境温度变化示意图。
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。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，都属于本发明保护范围。
本发明直升机结冰探测器位置优选方法包括以下步骤：
(1)结合直升机飞行时大气环境，选定相应的结冰云雾环境和飞行速度作为仿真分析环境输入条件；
(2)对机身模型进行网格划分，选取边界条件、计算模型，进行机身结冰环境流场特性仿真和水滴撞击特性分析，得出机身壁面附件水滴撞击流线和水滴撞击时的液态水含量(droplet LWC)；
(3)确定结冰探测器可备选的布置位置；
(4)对可选装不同位置结冰探测器的水滴撞击时的液态水含量(droplet LWC)和机身壁面附近温度变化进行对比分析，类比分析不同位置结冰探测器水滴含量和温度随壁面距离变化曲线；
(5)优选出水滴撞击时的结冰探测器液态水含量最大位置作为结冰探测器优选位置，否则需满足结冰探测器温度与环境温度差最小化原则选取结冰探测器位置。
所述步骤(2)中，边界条件包括：来流速度、大气温度、大气压力、液态水含量、机身壁面均设置为耦合换热的无滑移壁面、设置辐射散热系数；
计算模型设置包括：
(a)流场特性仿真分析，计算模型采用低自由流湍流的Spalart-Allmaras模型(涡/层流粘度比取1e-5)，开启能量方程和Discete Ordinates(DO)热辐射模型。
(b)基于流场特性仿真结果，基于动量方程，求解机身壁面附近水滴运动特性和水滴撞击特性。
本发明还提供一种电子产品，其能够执行上述直升机结冰探测器位置优选方法。
本发明还提供一种存储介质，其中存储有可执行程序，运行上述直升机结冰探测器位置优选方法。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1是根据本发明一实施例的机身壁面流场特性，同时结合直升机总体布置可行性，选定的结冰探测器备选位置，作为后续优选对象。
图2是根据本发明一实施例的直升机机身壁面水滴撞击流线和水滴撞击液态水含量云图。可以看出：机身头部水滴撞击液态水含量最高，顶部次之，机身侧面最低。
图3是根据本发明一实施例的某一备选结冰探测器位置水滴撞击液态水含量随机身壁面垂直距离的变化曲线，液态水含量开始随机身壁面垂直距离增加而增加，距离200mm时液态水含量达到最大值，接着随着壁面垂直距离的增加而减小，最终稳定在某一固定值。
图4是根据本发明一实施例的某一备选结冰探测器位置不同环境温度下结冰探测器温度随机身壁面垂直距离的变化曲线，可以看出：机身壁面温度高于环境温度，随着垂直距离的增加而减小，垂直距离40mm时温度接近环境温度，而后慢慢稳定在某一固定温度。
采用本发明优选方法，综合分析不同备选位置结冰探测器的液态水含量和温度，选定最终结冰探测器位置。
最后需要指出的是：以上实施例仅用于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；而这些修改或退换，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 (5)

1.一种直升机结冰探测器位置优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)结合直升机飞行时大气环境，选定相应的结冰云雾环境和飞行速度作为仿真分析环境输入条件；
(2)对机身模型进行网格划分，选取边界条件、计算模型，进行机身结冰环境流场特性仿真和水滴撞击特性分析；并进一步得出机身壁面附件水滴撞击流线和水滴撞击时的液态水含量；其中边界条件包括：来流速度、大气温度、大气压力和液态水含量，机身壁面均设置为耦合换热的无滑移壁面、设置辐射散热系数；计算模型包括：
(a)流场特性仿真分析，计算模型采用低自由流湍流的Spalart-Allmaras模型，开启能量方程和Discete Ordinates热辐射模型；
(b)基于流场特性仿真结果，基于动量方程，求解机身壁面附近水滴运动特性和水滴撞击特性；
(3)确定结冰探测器备选的布置位置；
(4)对不同位置结冰探测器的水滴撞击时的液态水含量和机身壁面附近温度变化进行对比分析，类比分析不同位置结冰探测器水滴含量和温度随壁面距离变化曲线；
(5)选出水滴撞击时的结冰探测器液态水含量最大位置作为结冰探测器优化位置；没有选出结冰探测器优化位置，则以满足结冰探测器温度与环境温度差最小化原则选取结冰探测器位置。
2.根据权利要求1所述的直升机结冰探测器位置优化方法，其特征在于：所述Spalart-Allmaras模型中涡/层流粘度比取1e-5。
3.根据权利要求1所述的直升机结冰探测器位置优化方法，其特征在于：基于所述机身壁面附近水滴运动特性和水滴撞击特性，进一步得出机身壁面附件水滴撞击流线和水滴撞击时的液态水含量。
4.一种电子产品，其能够执行如权利要求1-3中任一项所述的直升机结冰探测器位置优化方法。
5.一种计算机可读存储介质，其中存储有可执行程序，执行如权利要求1-3中任一项所述的直升机结冰探测器位置优化方法。
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