CN112678189A - 一种改进的结冰传感器安装位置确定方法 - Google Patents

一种改进的结冰传感器安装位置确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112678189A
CN112678189A CN202110255567.3A CN202110255567A CN112678189A CN 112678189 A CN112678189 A CN 112678189A CN 202110255567 A CN202110255567 A CN 202110255567A CN 112678189 A CN112678189 A CN 112678189A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
sensor
ice
beta
ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110255567.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112678189B (zh
Inventor
石雅楠
王强
易贤
刘宇
杨升科
李维浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Low Speed Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Original Assignee
Low Speed Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Low Speed Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center filed Critical Low Speed Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority to CN202110255567.3A priority Critical patent/CN112678189B/zh
Publication of CN112678189A publication Critical patent/CN112678189A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112678189B publication Critical patent/CN112678189B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

本发明适用于飞机结冰探测技术领域，提供了一种改进的结冰传感器安装位置确定方法：计算带有传感器的飞机的空气流场；计算传感器所在位置的水收集系数β1与机翼上的最大水收集系数β2的比值β1/β2；若比值β1/β2大于1，则计算传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2的比值h1/h2；若比值h1/h2大于1，则将该位置确定为传感器的安装位置；若比值h1/h2小于等于1，则该位置不适合安装传感器。本发明将冰型计算与液态水分析进行耦合用于判断传感器的安装位置，避免了由于冻结率较低而导致的评估误差，评估可靠性更高。

Description

一种改进的结冰传感器安装位置确定方法
技术领域
本发明属于飞机结冰探测技术领域，尤其是涉及一种改进的结冰传感器安装位置确定方法。
背景技术
飞机在含有过冷水滴的云层中飞行时，过冷水滴会撞击在飞机表面上并可能冻结成冰。结冰会破坏飞机的气动外形，改变其气动力特性，结冰严重时还可能导致飞行事故。为了保证飞行安全，准确判断是否发生结冰十分关键。结冰传感器可以在结冰发生初期向飞行机组人员发出告警，自动开启或指示机组人员开启防除冰系统，从而避免因结冰引起的飞行事故的发生，是飞行安全的一项改进措施。合适的结冰传感器安装位置是保障结冰探测系统发挥预定性能的前提和关键因素。
目前国内外对结冰传感器的研究工作主要集中在工作原理的理论分析和测量应用，对安装位置的深入研究及分析较少。朱程香（朱程香，孙志国，付斌，朱春玲. 探头式结冰传感器安装位置分析[J]. 航空动力学报，2011，26(12)：2676-2683）、易贤（易贤，李维浩，王应宇，马洪林. 飞机结冰传感器安装位置确定方法[J]. 实验流体力学，2018，32(02)：48-54）等人提出了一些简化的传感器安装位置确定方法。但是这些方法仍然存在一定的评估误差，例如在温度相对较高，液态水含量较大的工况下，存在因冻结率较低而导致的评估误差，导致评估的可靠性降低。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种改进的结冰传感器安装位置确定方法，将冰型计算与液态水分析进行耦合，从而提升结冰传感器安装位置的可靠性。
具体地，一种改进的结冰传感器安装位置确定方法，包括以下步骤：
1-1. 计算带有传感器的飞机的空气流场；
作为优选，空气流场的计算公式为：
Figure 371269DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 529849DEST_PATH_IMAGE002
为输运变量，
Figure 555574DEST_PATH_IMAGE003
取1和
Figure 416083DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 681893DEST_PATH_IMAGE005
分别代表连续方程和x、y、z方向的动 量方程；
Figure 554034DEST_PATH_IMAGE006
为空气密度，
Figure 140873DEST_PATH_IMAGE007
为空气速度的矢量，
Figure 973831DEST_PATH_IMAGE008
为扩散系数，
Figure 445264DEST_PATH_IMAGE009
为源项，
Figure 296545DEST_PATH_IMAGE010
是梯度算 子，grad是梯度函数，t为时间步长，即计算过程中单步的时间步长。
1-2. 计算传感器所在位置的水收集系数β1与机翼上的最大水收集系数β2的比值β1/β2；
本领域技术人员可以理解，传感器的大小相对于飞机的尺寸来说是非常小的，可以将其看成是一个点，因而在计算时，可以将传感器所在的位置简化为一个点来处理，计算传感器所在位置的这一个点的水收集系数作为评估参数；当然，也可以将计算传感器所在位置作为一个面，计算该所在的面的平均水收集系数作为评估参数，本发明将这两种方式所计算的结果均称为传感器所在位置的水收集系数β1。
作为优选，水收集系数β的计算公式为：
Figure 460810DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure 171277DEST_PATH_IMAGE012
为当地水滴容积分数，
Figure 790608DEST_PATH_IMAGE013
为水滴速度的向量，
Figure 761975DEST_PATH_IMAGE014
为远场水滴容积分 数，
Figure 565983DEST_PATH_IMAGE015
为远场水滴速度，
Figure 107954DEST_PATH_IMAGE016
为物面碰撞点处的单位法线向量，符号“
Figure 45823DEST_PATH_IMAGE017
”表示向量的模。
进一步地，所述当地水滴容积分数通
Figure 481484DEST_PATH_IMAGE018
过以下公式计算：
Figure 597339DEST_PATH_IMAGE019
Figure 875873DEST_PATH_IMAGE020
；
其中，
Figure 227220DEST_PATH_IMAGE021
为水滴速度的向量，
Figure 579704DEST_PATH_IMAGE022
为水滴密度，
Figure 600881DEST_PATH_IMAGE023
为重力加速度，
Figure 366711DEST_PATH_IMAGE024
为惯性因子， 其表达式为：
Figure 521749DEST_PATH_IMAGE025
其中，
Figure 807368DEST_PATH_IMAGE026
为空气动力粘性系数，
Figure 389659DEST_PATH_IMAGE027
为水滴直径，
Figure 642786DEST_PATH_IMAGE028
为水滴阻力系数，
Figure 211302DEST_PATH_IMAGE029
为相对雷诺数，其表达式为：
Figure 741640DEST_PATH_IMAGE030
。
所述水滴阻力系数
Figure 760412DEST_PATH_IMAGE031
的计算公式如下：
Figure 766414DEST_PATH_IMAGE032
。
1-3. 若水收集系数的比值β1/β2大于1，则计算传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2的比值h1/h2；若水收集系数的比值β1/β2小于或等于1，则该位置不适合安装传感器；
现有的传感器位置确定方法中，如“飞机结冰传感器安装位置确定方法”中，只采用传感器所在位置的水收集系数与机翼上的最大水收集系数的比值来评估安装位置是否可行，存在以下问题：当温度相对较高，或液态水含量较大的工况下，飞机上的液态水可能并不会结冰，大部分液态水滴直接流走，此时传感器上的液态水冻结率较低，没有结冰或少量结冰，因而传感器结冰厚度小于机翼上的结冰厚度，这个时候就存在可能机翼已经结冰严重了但是传感器还没有报警，这种情况下采用现有技术进行评估的误差较大。
因此，本发明首先采用简化的水收集系数比值的方法初步判断传感器的安装位置，再耦合上结冰相变模型，计算结冰厚度，通过传感器上的结冰厚度与飞机机翼上的结冰厚度进行比较，来判断该位置是否能够真正对飞机结冰进行预警。
具体地，由于在水收集系数比值判断时，采用的是传感器所在位置的水收集系数与飞机机翼最大水收集系数进行比较，该判断比较保守；本发明为了适用性更强以及判断更加准确，将传感器上的平均结冰情况与飞机机翼上迎风面上的平均结冰情况进行比较。
值得说明的是，飞机机翼上主要在迎风面进行结冰，背风面结冰较少，因而主要考虑机翼迎风面的结冰情况，所以选用机翼迎风面的平均结冰情况进行评估。
对于飞机结冰传感器，有光纤式、电导率式、磁致伸缩式、和压电膜片式等多种形式，其中磁致伸缩式结冰传感器是当前使用最广泛的飞机结冰传感器，这种结冰传感器采用侵入式安装，探头位于表面之外，而探头一般为圆柱形，安装于飞机上时，也是一面处于迎风面，一面处于背风面。但是有些状态下会有涡流存在，部分水滴受涡的影响被卷到了背风面，在背风面也会进行结冰，因而传感器上的平均结冰厚度不仅包括了迎风面的结冰，同时也包括背风面的结冰。为了更准确地评估传感器的合适位置，本发明计算传感器探头上迎风面和背风面的平均结冰厚度作为参考量。
具体地，假设液膜能够冻结在物面上或保持液态，将液膜速度u看作物面坐标
Figure 873041DEST_PATH_IMAGE033
及物面法向y的函数：
Figure 257886DEST_PATH_IMAGE034
其中，
Figure 306614DEST_PATH_IMAGE035
为壁面剪切力。假定粘性壁面上的速度为0，且液膜速度
Figure 19486DEST_PATH_IMAGE036
线 性分布，则：
Figure 54438DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 684003DEST_PATH_IMAGE038
为液膜厚度忽略表面张力作用将各物理量沿液膜厚度平均，得到 Shallow-WaterIce模型（SWIM），此时液膜的平均速度
Figure 778998DEST_PATH_IMAGE039
可表示为：
Figure 900537DEST_PATH_IMAGE040
其中，
Figure 348967DEST_PATH_IMAGE041
为水的动力粘度。
则，液膜的质量守恒方程为：
Figure 301880DEST_PATH_IMAGE042
；
其中，
Figure 98935DEST_PATH_IMAGE043
为水的密度，
Figure 786399DEST_PATH_IMAGE044
为来流风速，
Figure 287787DEST_PATH_IMAGE045
为液态水含量，
Figure 501731DEST_PATH_IMAGE046
为蒸发 损失的水的质量，
Figure 548316DEST_PATH_IMAGE047
为结冰质量，
Figure 237923DEST_PATH_IMAGE048
为液膜厚度；
Figure 152789DEST_PATH_IMAGE049
为液膜的平均速度；
液膜的能量守恒方程为：
Figure 362185DEST_PATH_IMAGE050
其中，
Figure 828938DEST_PATH_IMAGE051
为水的比热，
Figure 881208DEST_PATH_IMAGE052
是相对温度，
Figure 396503DEST_PATH_IMAGE053
为过冷水滴的相对温度，
Figure 194826DEST_PATH_IMAGE054
为 水蒸发的潜热，
Figure 973426DEST_PATH_IMAGE055
为冰融化时的潜热，
Figure 372046DEST_PATH_IMAGE056
为冰的升华潜热，
Figure 504081DEST_PATH_IMAGE057
为玻尔兹曼常数，
Figure 812703DEST_PATH_IMAGE058
为空气的绝对温度，
Figure 621259DEST_PATH_IMAGE059
为绝对温度，
Figure 179279DEST_PATH_IMAGE060
为气流与液膜表面的对流换热，
Figure 126724DEST_PATH_IMAGE061
是液膜与 固壁表面的对流换热，
Figure 24273DEST_PATH_IMAGE062
是
Figure 534889DEST_PATH_IMAGE063
的范数。
因此，联立以上液膜的质量守恒方程和能量守恒方程，可以计算得出结冰质量
Figure 393255DEST_PATH_IMAGE064
，则传感器上的平均结冰厚度h1以及机翼上迎风面的平均结冰厚度h2都采用以下平 均结冰厚度h的公式计算：
Figure 257305DEST_PATH_IMAGE065
其中tice为结冰时间，
Figure 399574DEST_PATH_IMAGE066
为每个控制体的面积，
Figure 300665DEST_PATH_IMAGE067
为结冰质量，
Figure 567698DEST_PATH_IMAGE068
为冰密 度，其计算式为：
Figure 235440DEST_PATH_IMAGE069
；
Figure 232215DEST_PATH_IMAGE070
可由以下公式得出：
Figure 694420DEST_PATH_IMAGE071
其中，
Figure 527378DEST_PATH_IMAGE072
为水滴直径，
Figure 857865DEST_PATH_IMAGE021
为水滴速度的向量，
Figure 584513DEST_PATH_IMAGE073
为壁面温度，
Figure 92986DEST_PATH_IMAGE074
是
Figure 928086DEST_PATH_IMAGE063
的 范数。
计算出传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2后，求其比值h1/h2。
1-4. 判断传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2的比值h1/h2与1的大小：
若传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2的比值h1/h2大于1，则将该位置确定为传感器的安装位置；
若比值h1/h2小于或等于1，则该位置不适合安装传感器。
采用本发明的结冰传感器安装位置确定方法，相较于现有技术，至少具有以下有益效果：
1. 本发明将冰型计算与液态水分析进行耦合用于判断传感器的安装位置，避免了在温度相对较高、液态水含量较大等工况下，由于冻结率较低而导致的评估误差，评估的可靠性更高；
2. 本发明先采用简化的水收集系数比值初步判断传感器的安装位置，再进一步计算传感器安装在该位置处传感器上的结冰情况，能够有效减少计算量获得更准确的结果；
3. 本发明将传感器上的平均结冰厚度与机翼迎风面上的平均结冰厚度进行比较，相较于现有技术将最大值进行比较，评估结果更加准确和可靠。
附图说明
图1是本发明实施例的改进的结冰传感器安装位置确定方法流程图。
具体实施方式
以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。
一种改进的结冰传感器安装位置确定方法，是在现有的简化的采用水收集系数比值来评估安装位置的基础上，结合结冰相计算，进一步精确评估传感器的安装位置，具体包括以下步骤，如图1所示：
1-1. 计算带有传感器的飞机的空气流场；
空气流场的计算公式为：
Figure 203210DEST_PATH_IMAGE075
该公式是空气流场计算的控制方程、低速粘流的时均N-S方程，其中，
Figure 49943DEST_PATH_IMAGE076
为输运变 量，
Figure 729317DEST_PATH_IMAGE077
为空气密度，
Figure 786135DEST_PATH_IMAGE078
为空气速度的向量，
Figure 333791DEST_PATH_IMAGE079
为扩散系数，
Figure 910397DEST_PATH_IMAGE080
为源项，t为时间步长。 可采用商业软件Fluent中的SIMPLE算法求解低速粘流的时均N-S方程，获取机翼与带传感 器的机头的流场结果。
1-2.计算传感器所在位置的水收集系数β1与机翼上的最大水收集系数β2的比值β1/β2；
其中，水收集系数β的计算公式为：
Figure 150885DEST_PATH_IMAGE081
式中，
Figure 101524DEST_PATH_IMAGE082
为水滴速度的向量，
Figure 311925DEST_PATH_IMAGE083
为远场水滴容积分数，
Figure 743038DEST_PATH_IMAGE084
为远场水滴速度，
Figure 154428DEST_PATH_IMAGE085
为物面碰撞点处的单位法线向量，
Figure 920258DEST_PATH_IMAGE086
为当地水滴容积分数，其计算公式为：
Figure 685083DEST_PATH_IMAGE087
Figure 360915DEST_PATH_IMAGE088
以上两式联立，可以计算出
Figure 67840DEST_PATH_IMAGE089
，式中，
Figure 71699DEST_PATH_IMAGE090
为水滴速度的向量，
Figure 296007DEST_PATH_IMAGE091
为水滴密度，
Figure 826346DEST_PATH_IMAGE092
为重力加速度，K为惯性因子，其表达式为：
Figure 438593DEST_PATH_IMAGE093
其中，
Figure 929748DEST_PATH_IMAGE094
为空气动力粘性系数，
Figure 426588DEST_PATH_IMAGE095
为水滴直径，
Figure 936067DEST_PATH_IMAGE096
为水滴阻力系数，为相对雷 诺数，其表达式为：
Figure 594581DEST_PATH_IMAGE097
。
水滴运动过程中，水滴阻力随相对雷诺数变化而变化，可采用如下公式计算阻力：
Figure 573033DEST_PATH_IMAGE098
通过以上计算方法计算传感器所在位置的水收集系数β1和机翼上的最大水收集系数β2，并计算两者的比值β1/β2。
1-3.判断传感器所在位置的水收集系数β1和机翼上的最大水收集系数β2的比值β1/β2：
若水收集系数的比值β1/β2大于1，则计算传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2的比值h1/h2；
若水收集系数的比值β1/β2小于或等于1，则该位置不适合安装传感器。
其中，传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2均通过以下平均结冰厚度h的公式计算：
Figure 139143DEST_PATH_IMAGE099
式中tice为结冰时间，
Figure 34287DEST_PATH_IMAGE100
为每个控制体的面积，
Figure 598124DEST_PATH_IMAGE101
为结冰质量；
Figure 63871DEST_PATH_IMAGE102
为冰密度， 其计算式为：
Figure 27148DEST_PATH_IMAGE103
；
Figure 121006DEST_PATH_IMAGE104
可由以下公式得出：
Figure 918061DEST_PATH_IMAGE105
式中，d为水滴直径，
Figure 871104DEST_PATH_IMAGE021
为水滴速度的向量，
Figure 841334DEST_PATH_IMAGE106
为壁面温度；
结冰质量
Figure 930644DEST_PATH_IMAGE107
通过联立液膜的质量守恒方程和液膜的能量守恒方程计算得到；
液膜的质量守恒方程为：
Figure 367442DEST_PATH_IMAGE108
式中，
Figure 463574DEST_PATH_IMAGE109
为水的密度，
Figure 503074DEST_PATH_IMAGE110
为来流风速，
Figure 446890DEST_PATH_IMAGE111
为液态水含量，
Figure 54589DEST_PATH_IMAGE112
为蒸发损失 的水的质量，
Figure 965913DEST_PATH_IMAGE113
为液膜厚度；
Figure 548118DEST_PATH_IMAGE114
为液膜的平均速度；
液膜的能量守恒方程为：
Figure 736654DEST_PATH_IMAGE115
式中，
Figure 374309DEST_PATH_IMAGE116
为水的比热，
Figure 445033DEST_PATH_IMAGE117
是相对温度，
Figure 842647DEST_PATH_IMAGE118
为过冷水滴的相对温度，
Figure 885690DEST_PATH_IMAGE119
为 水蒸发的潜热，
Figure 959825DEST_PATH_IMAGE120
为冰融化时的潜热，
Figure 330895DEST_PATH_IMAGE121
为冰的升华潜热，
Figure 656834DEST_PATH_IMAGE122
为玻尔兹曼常数，
Figure 679016DEST_PATH_IMAGE123
为空气的绝对温度，T为绝对温度，
Figure 409206DEST_PATH_IMAGE124
为气流与液膜表面的对流换热，
Figure 454522DEST_PATH_IMAGE125
是液膜与固壁 表面的对流换热。
通过以上步骤计算出传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2后，求其比值h1/h2。
1-5. 判断传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2的比值h1/h2：
若传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2的比值h1/h2大于1，则将该位置确定为传感器的安装位置；
若比值h1/h2小于或等于1，则该位置不适合安装传感器。
本发明的传感器安装位置确定的方法，将冰型计算与液态水分析进行耦合用于判断传感器的安装位置，避免了在温度相对较高、液态水含量较大等工况下，由于冻结率较低而导致的评估误差，评估的可靠性更高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种改进的结冰传感器安装位置确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1-1.计算带有传感器的飞机的空气流场；
1-2.计算传感器所在位置的水收集系数β1与机翼上的最大水收集系数β2的比值 β1/β2；
1-3.若水收集系数的比值β1/β2大于1，则计算传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2的比值h1/h2；若水收集系数的比值β1/β2小于或等于1，则该位置不适合安装传感器；
1-4.若传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2的比值h1/h2大于1，则将该位置确定为传感器的安装位置；若比值h1/h2小于或等于1，则该位置不适合安装传感器。
2.根据权利要求1所述的一种改进的结冰传感器安装位置确定方法，其特征在于，所述步骤1-1中，空气流场的计算公式为：
Figure 434815DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 186870DEST_PATH_IMAGE002
为输运变量，
Figure 868387DEST_PATH_IMAGE003
为空气密度，
Figure 214049DEST_PATH_IMAGE004
为空气速度的向量，
Figure 881791DEST_PATH_IMAGE005
为扩散系数，
Figure 612986DEST_PATH_IMAGE006
为源项，
Figure 340771DEST_PATH_IMAGE007
是梯度算子，grad是梯度函数，t为时间步长。
3.根据权利要求1所述的一种改进的结冰传感器安装位置确定方法，其特征在于，所述步骤1-2中，所述传感器所在位置的水收集系数β1和机翼上的最大水收集系数β2均采用以下水收集系数β的计算公式计算：
Figure 173729DEST_PATH_IMAGE008
其中，为当地水滴容积分数，为水滴速度的向量，为远场水滴容积分数， 为远场水滴速度，为物面碰撞点处的单位法线向量，符号“
Figure 696294DEST_PATH_IMAGE014
”表示向量的模。
4.根据权利要求3所述的一种改进的结冰传感器安装位置确定方法，其特征在于，所述当地水滴容积分数
Figure 375668DEST_PATH_IMAGE015
通过以下公式计算：
Figure 432486DEST_PATH_IMAGE016
Figure 714563DEST_PATH_IMAGE017
；
其中，
Figure 556748DEST_PATH_IMAGE018
为水滴速度的向量，
Figure 390712DEST_PATH_IMAGE004
为空气速度的向量，
Figure 75771DEST_PATH_IMAGE019
为水滴密度，
Figure 36905DEST_PATH_IMAGE020
为重力加速度，
Figure 389389DEST_PATH_IMAGE021
为惯性因子，其表达式为：
Figure 659833DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 566609DEST_PATH_IMAGE023
为空气动力粘性系数，
Figure 65855DEST_PATH_IMAGE024
为水滴直径，
Figure 7266DEST_PATH_IMAGE025
为水滴阻力系数，
Figure 183032DEST_PATH_IMAGE026
为相对雷诺数，其表达式为：
Figure 452471DEST_PATH_IMAGE027
。
5.根据权利要求4所述的一种改进的结冰传感器安装位置确定方法，其特征在于，所述水滴阻力系数
Figure 676779DEST_PATH_IMAGE028
的计算公式如下：
Figure 207117DEST_PATH_IMAGE029
。
6.根据权利要求1所述的一种改进的结冰传感器安装位置确定方法，其特征在于，所述步骤1-3中，所述传感器上的平均结冰厚度h1与机翼上迎风面的平均结冰厚度h2均采用以下平均结冰厚度h计算公式计算：
Figure 819364DEST_PATH_IMAGE030
其中tice为结冰时间，
Figure 576099DEST_PATH_IMAGE031
为每个控制体的面积，
Figure 541781DEST_PATH_IMAGE032
为结冰质量，为冰密度。
7.根据权利要求6所述的一种改进的结冰传感器安装位置确定方法，其特征在于，所述 冰密度
Figure 839001DEST_PATH_IMAGE034
的计算式为：
Figure 738823DEST_PATH_IMAGE035
；
其中，中间变量
Figure 773776DEST_PATH_IMAGE036
可由以下公式得出：
Figure 137761DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 232756DEST_PATH_IMAGE038
为水滴直径，
Figure 698503DEST_PATH_IMAGE039
为水滴速度的向量，
Figure 130622DEST_PATH_IMAGE040
为壁面温度，
Figure 755638DEST_PATH_IMAGE041
是
Figure 631321DEST_PATH_IMAGE039
的范数。
8.根据权利要求6或7之一所述的一种改进的结冰传感器安装位置确定方法，其特征在 于，结冰质量
Figure 833633DEST_PATH_IMAGE042
通过联立液膜的质量守恒方程和液膜的能量守恒方程计算得到；
所述液膜的质量守恒方程为：
Figure 7125DEST_PATH_IMAGE043
其中，
Figure 221069DEST_PATH_IMAGE044
为水的密度，
Figure 861128DEST_PATH_IMAGE045
为来流风速，
Figure 426102DEST_PATH_IMAGE046
为液态水含量，
Figure 950755DEST_PATH_IMAGE047
为蒸发损失的 水的质量，为液膜厚度；
Figure 17117DEST_PATH_IMAGE049
为液膜的平均速度；β为水收集系数；
所述液膜的能量守恒方程为：
Figure 679174DEST_PATH_IMAGE050
其中，
Figure 928890DEST_PATH_IMAGE051
为水的比热，
Figure 383005DEST_PATH_IMAGE052
是相对温度，
Figure 20660DEST_PATH_IMAGE053
为过冷水滴的相对温度，
Figure 435592DEST_PATH_IMAGE054
为水蒸发的 潜热，
Figure 692261DEST_PATH_IMAGE055
为冰融化时的潜热，
Figure 859937DEST_PATH_IMAGE056
为冰的升华潜热，
Figure 684804DEST_PATH_IMAGE057
为玻尔兹曼常数，
Figure 180508DEST_PATH_IMAGE058
为空气的 绝对温度，
Figure 631081DEST_PATH_IMAGE059
为绝对温度，
Figure 325367DEST_PATH_IMAGE060
为气流与液膜表面的对流换热，是液膜与固壁表面的对 流换热，是的范数。
CN202110255567.3A 2021-03-09 2021-03-09 一种改进的结冰传感器安装位置确定方法 Active CN112678189B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110255567.3A CN112678189B (zh) 2021-03-09 2021-03-09 一种改进的结冰传感器安装位置确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110255567.3A CN112678189B (zh) 2021-03-09 2021-03-09 一种改进的结冰传感器安装位置确定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112678189A true CN112678189A (zh) 2021-04-20
CN112678189B CN112678189B (zh) 2021-06-04

Family

ID=75458327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110255567.3A Active CN112678189B (zh) 2021-03-09 2021-03-09 一种改进的结冰传感器安装位置确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112678189B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114132512A (zh) * 2022-02-07 2022-03-04 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种光纤结冰传感器探头及调节方法
CN114194400A (zh) * 2022-02-15 2022-03-18 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种可自识别故障的光纤结冰探测装置及故障探测方法
CN114754971A (zh) * 2022-06-15 2022-07-15 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种无水遮蔽区高度测试方法和装置
CN114771871A (zh) * 2022-06-14 2022-07-22 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种进气道结冰传感器调试方法、传感器及控制系统
CN115214894A (zh) * 2022-08-31 2022-10-21 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法和存储介质

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1983002497A1 (en) * 1982-01-05 1983-07-21 Ideal Research Inc Microwave ice accretion meter
US5313202A (en) * 1991-01-04 1994-05-17 Massachusetts Institute Of Technology Method of and apparatus for detection of ice accretion
US5523959A (en) * 1994-04-25 1996-06-04 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Ice detector and deicing fluid effectiveness monitoring system
WO2010141228A1 (en) * 2009-06-01 2010-12-09 Illinois Tool Works Inc. Acoustic multi-function ice detection system
CN103454220A (zh) * 2013-09-11 2013-12-18 中国民航大学 飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置
CN104039650A (zh) * 2012-01-05 2014-09-10 波音公司 过冷大滴状物结冰状况探测系统
CN104180980A (zh) * 2014-08-29 2014-12-03 空气动力学国家重点实验室 一种外置式风力机结冰探测器及风力机结冰探测方法
CN205256681U (zh) * 2015-08-31 2016-05-25 中国商用飞机有限责任公司 结冰条件探测系统及具有该系统的飞行器
CN110606209A (zh) * 2019-09-10 2019-12-24 中国商用飞机有限责任公司 一种结冰探测器
CN110879127A (zh) * 2019-11-29 2020-03-13 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种基于翼面的耦合式结冰探测装置及其方法
CN110884663A (zh) * 2018-09-07 2020-03-17 波音公司 用于飞行器的冰检测系统和相关方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1983002497A1 (en) * 1982-01-05 1983-07-21 Ideal Research Inc Microwave ice accretion meter
US5313202A (en) * 1991-01-04 1994-05-17 Massachusetts Institute Of Technology Method of and apparatus for detection of ice accretion
US5523959A (en) * 1994-04-25 1996-06-04 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Ice detector and deicing fluid effectiveness monitoring system
WO2010141228A1 (en) * 2009-06-01 2010-12-09 Illinois Tool Works Inc. Acoustic multi-function ice detection system
CN104039650A (zh) * 2012-01-05 2014-09-10 波音公司 过冷大滴状物结冰状况探测系统
CN103454220A (zh) * 2013-09-11 2013-12-18 中国民航大学 飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置
CN104180980A (zh) * 2014-08-29 2014-12-03 空气动力学国家重点实验室 一种外置式风力机结冰探测器及风力机结冰探测方法
CN205256681U (zh) * 2015-08-31 2016-05-25 中国商用飞机有限责任公司 结冰条件探测系统及具有该系统的飞行器
CN110884663A (zh) * 2018-09-07 2020-03-17 波音公司 用于飞行器的冰检测系统和相关方法
CN110606209A (zh) * 2019-09-10 2019-12-24 中国商用飞机有限责任公司 一种结冰探测器
CN110879127A (zh) * 2019-11-29 2020-03-13 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种基于翼面的耦合式结冰探测装置及其方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.A. PITERTSEV: "Polarimetric approach to detection of probable aircraft icing zones. Icing detection algorithms", 《2007 EUROPEAN MICROWAVE CONFERENCE》 *
易贤: "水平轴风力机结冰及其影响计算分析", 《太阳能报》 *
易贤等: "飞机结冰传感器安装位置确定方法", 《实验流体力学》 *
朱剑鋆: "飞行防冰与结冰中的流动传热计算方法研究", 《中国优秀博士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *
许一飞: "过冷大水滴结冰探测器数值仿真设计与实验", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114132512A (zh) * 2022-02-07 2022-03-04 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种光纤结冰传感器探头及调节方法
CN114194400A (zh) * 2022-02-15 2022-03-18 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种可自识别故障的光纤结冰探测装置及故障探测方法
CN114194400B (zh) * 2022-02-15 2022-04-29 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种可自识别故障的光纤结冰探测装置及故障探测方法
CN114771871A (zh) * 2022-06-14 2022-07-22 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种进气道结冰传感器调试方法、传感器及控制系统
CN114754971A (zh) * 2022-06-15 2022-07-15 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种无水遮蔽区高度测试方法和装置
CN114754971B (zh) * 2022-06-15 2022-09-02 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种无水遮蔽区高度测试方法和装置
CN115214894A (zh) * 2022-08-31 2022-10-21 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法和存储介质
CN115214894B (zh) * 2022-08-31 2022-11-22 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法和存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN112678189B (zh) 2021-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112678189B (zh) 一种改进的结冰传感器安装位置确定方法
Mingione et al. Ice accretion prediction on multielement airfoils
De Pauw et al. Effect of superhydrophobic coating on the anti-icing and deicing of an airfoil
Gent et al. Aircraft icing
US11365011B2 (en) Method of controlling autonomous anti-icing apparatus
Kraj et al. Measurement method and results of ice adhesion force on the curved surface of a wind turbine blade
Wu Drop “impact” on an airfoil surface
Hann et al. Impact of atmospheric icing on UAV aerodynamic performance
CN107132278B (zh) 一种多圆柱阵列结冰探测方法
US9753051B2 (en) Speedometer insensitive to icy conditions and heavy rainfall
CN111396269A (zh) 一种多时间步非定常结冰计算方法、系统及存储介质
CN112985347A (zh) 一种飞机结冰表面粗糙度计算方法
CN114896906A (zh) 一种考虑冰层和固体壁面中导热的积冰模拟方法
Alekseenko et al. Mathematical modeling of ice body formation on the wing airfoil surface
CN113779904A (zh) 一种基于连续液膜与离散液膜耦合的结冰相变计算方法
CN113901591B (zh) 热线单元干功率计算方法及液态水含量计算方法
Hann UAV Icing: Challenges for computational fluid dynamic (CFD) tools
Löwe et al. Inception of ice accretion by ice crystal impact
Müller et al. UAV Icing: 3D Simulations of Propeller Icing Effects and Anti-Icing Heat Loads
Lilie et al. Description and results for a simple ice crystal detection system for airborne applications
Hann Numerical Simulation of In-Flight Icing of Unmanned Aerial Vehicles
Wallisch et al. UAV Icing: Intercycle Ice Effects on Aerodynamic Performance
Makkonen et al. Small-scale experiments on rime icing
Wu et al. Effect of and protection from ice accretion on aircraft
Hansman Jr The influence of ice accretion physics on the forecasting of aircraft icing conditions

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant