CN113255067B - 考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法、存储介质及终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法、存储介质及终端，属于航空航天技术领域，所述方法包括：首先，计算不考虑挥舞运动影响的桨叶的三维冰形；其次，计算桨叶不同位置的结冰应力
Figure 55065DEST_PATH_IMAGE002
，判断桨叶不同位置的结冰应力
Figure 237785DEST_PATH_IMAGE002
是否大于结冰断裂强度阈值
Figure 673314DEST_PATH_IMAGE004
，若大于，将当前桨叶位置的结冰状态更新为不结冰，反之，不做任何处理。本发明充分考虑桨叶挥舞运动对结冰的破碎影响作用，结合结冰自身的物性参数和受力情况，对桨叶不同位置的结冰进行破碎和脱落判断，大幅度提升了旋翼结冰冰形的模拟精度，有效还原了桨叶结冰的物理实际。

Description

考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法、存储介质及终端
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法。
背景技术
旋翼作为直升机动力系统的关键部件，结冰直接改变其外形，降低其工作效能；同时，脱落的结冰有可能损伤发动机、油箱和武器系统等，这些影响会导致直升机拉力下降，严重时将造成飞行失事。开展旋翼结冰的评估研究，对提高直升机安全飞行性能、提升旋翼防/除冰设计等具有重要的战略和经济效益。
目前，旋翼结冰评估手段主要包括数值模拟、喷洒塔试验、冰风洞试验和飞行试验等。其中，数值模拟凭借场景呈现多样、细节表达深入、模拟状态完全、研制过程高效等优点，成为旋翼结冰评估研究的重要手段。
旋翼挥舞运动会使得桨叶不同位置发生不同变形，这些变形达到一定程度后，会使得呈脆性的结冰结构出现不稳定，表现为结冰的破碎和脱落。靠近叶尖的部分，桨叶变形量较大，是极易产生“碎冰”效果的位置。然而，目前的研究忽略了桨叶挥舞运动的影响，使得叶尖部分的结冰仿真结果与真实情况存在较大差异。
因此，为了克服靠近叶尖部分冰形模拟失准的问题，需要建立挥舞对冰形破损/脱落影响的仿真方法，从而提高靠近叶尖部分的结冰仿真精度，使得数值模拟更贴近物理现实。
发明内容
本发明的目的在于克服现有旋翼冰形仿真方法在叶尖部分模拟失准的问题，提供了一种考虑桨叶挥舞运动作用的旋翼结冰三维冰形计算方法、存储介质及终端。首先，计算旋翼表面结冰的三维冰形；其次，将桨叶和结冰一起作为结构受力件，应用流固耦合的模拟方法，计算得到桨叶和结冰受力的定量信息；最后，对不同位置结冰进行破碎判断，进而更新旋翼表面冰形。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法，所述方法包括：
计算不考虑挥舞运动影响的旋翼桨叶表面三维冰形
Figure 174144DEST_PATH_IMAGE001
；
根据旋翼桨叶表面三维冰形
Figure 242594DEST_PATH_IMAGE001
计算桨叶不同位置的结冰应力
Figure 850293DEST_PATH_IMAGE002
；
判断桨叶不同位置的结冰应力
Figure 902563DEST_PATH_IMAGE002
是否大于结冰断裂强度阈值
Figure 417858DEST_PATH_IMAGE003
，若大于，将当前桨叶位置的结冰状态更新为不结冰，反之，不做任何处理。
在一示例中，所述计算不考虑挥舞运动影响的旋翼桨叶表面三维冰形
Figure 871973DEST_PATH_IMAGE001
具体包括：
计算桨叶计算外形
Figure 647643DEST_PATH_IMAGE004
的计算网格Ω的空气流场信息；
计算桨叶计算外形
Figure 921630DEST_PATH_IMAGE004
的计算网格Ω的水滴收集率
Figure 443878DEST_PATH_IMAGE005
；
建立计算网格Ω的质量及能量守恒方程，结合空气流场信息、水滴收集率
Figure 752500DEST_PATH_IMAGE005
获取水滴流动平衡后计算网格Ω结冰的水滴的质量，以获取旋翼表面结冰生长厚度，进而确定旋翼桨叶表面的三维冰形
Figure 498739DEST_PATH_IMAGE001
。
在一示例中，所述计算桨叶计算外形
Figure 260021DEST_PATH_IMAGE004
的计算网格Ω的水滴收集率
Figure 585960DEST_PATH_IMAGE005
具体包括：
根据桨叶计算外形
Figure 749088DEST_PATH_IMAGE004
的计算网格Ω、空气流场信息，采用水滴轨迹计算软件计算桨叶计算外形
Figure 603912DEST_PATH_IMAGE004
的水滴收集率
Figure 118070DEST_PATH_IMAGE005
。
在一示例中，所述质量及能量守恒方程具体为：
Figure 982121DEST_PATH_IMAGE006
Figure 796493DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 353376DEST_PATH_IMAGE008
表示与计算网格相碰撞的所有水滴的质量总和；
Figure 89251DEST_PATH_IMAGE009
为蒸发掉的水质量；
Figure 225834DEST_PATH_IMAGE010
为留在网格中结成冰的质量；
Figure 363555DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 626694DEST_PATH_IMAGE012
表示流入和流出计算网格的水的质量；
Figure 787548DEST_PATH_IMAGE013
为液态水冻结导致离开当前网格的能量，包括冻结液态水本身的能量和冻结过程中释放的潜热和显热；
Figure 993401DEST_PATH_IMAGE014
为液态水蒸发导致离开当前计算网格的能量，包括蒸发水本身的能量和蒸发过程吸收的潜热；
Figure 188890DEST_PATH_IMAGE015
为与计算网格相碰撞的水滴所带来的能量；
Figure 87576DEST_PATH_IMAGE016
为气流摩擦对表面的加热量；
Figure 798043DEST_PATH_IMAGE017
为气流与表面的对流换热量；
Figure 414445DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 261178DEST_PATH_IMAGE019
分别为流出和流入网格的溢流水的能量；下标nb为e，w，n，s，分别表示网格周围的四个方向。
在一示例中，所述旋翼表面结冰生长厚度公式为：
Figure 330765DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure 262949DEST_PATH_IMAGE021
表示单个计算网格；
Figure 872922DEST_PATH_IMAGE022
表示单个计算网格内结成冰的质量；
Figure 839741DEST_PATH_IMAGE023
为冰的密度；d为水滴的粒径；
Figure 814650DEST_PATH_IMAGE024
为第i个时间步内计算网格内的结冰厚度。
在一示例中，所述根据旋翼桨叶表面三维冰形
Figure 499710DEST_PATH_IMAGE001
计算桨叶不同位置的结冰应力
Figure 851057DEST_PATH_IMAGE002
具体包括：
采用流固耦合的数值模拟方法，以桨叶计算外形
Figure 672382DEST_PATH_IMAGE004
、旋翼桨叶表面三维冰形
Figure 552613DEST_PATH_IMAGE001
、结冰物性参数作为输入，计算桨叶不同位置的结冰应力
Figure 459390DEST_PATH_IMAGE002
。
需要进一步说明的是，上述各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
本发明还包括一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述任一示例或者多个示例组合形成的所述考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法的步骤。
本发明还包括一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一示例或者多个示例组合形成的所述考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法的步骤。
与现有技术相比，本发明有益效果是：
本发明充分考虑桨叶挥舞运动对结冰的破碎影响作用，结合结冰自身的物性参数和受力情况，对桨叶不同位置的结冰进行破碎和脱落判断，大幅度提升了旋翼结冰冰形的模拟精度，有效还原了桨叶结冰的物理实际。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明一示例中的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述方向或位置关系，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的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
如图1所示，在实施例1中，考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法，具体包括以下步骤：
S1：计算不考虑挥舞运动影响的旋翼桨叶表面三维冰形
Figure 614427DEST_PATH_IMAGE001
；
S2：根据旋翼桨叶表面三维冰形
Figure 86997DEST_PATH_IMAGE001
计算桨叶不同位置的结冰应力
Figure 669288DEST_PATH_IMAGE002
；
S3：判断桨叶不同位置的结冰应力
Figure 794851DEST_PATH_IMAGE002
是否大于结冰断裂强度阈值
Figure 488001DEST_PATH_IMAGE003
，若大于，将当前桨叶位置的结冰状态更新为不结冰，反之，不做任何处理。其中，结冰断裂强度阈值
Figure 283919DEST_PATH_IMAGE003
根据拉力试验确定。具体地，若桨叶不同位置的结冰应力
Figure 833849DEST_PATH_IMAGE002
＞结冰断裂强度阈值
Figure 449638DEST_PATH_IMAGE003
，即认为此时此处的结冰由于桨叶挥舞原因发生了破碎和脱落现象，则需将对应桨叶位置的结冰状态更新为不结冰，再对旋翼表面冰形进行更新。本发明对桨叶不同位置的结冰进行破碎和脱落判断，大幅度提升了旋翼结冰冰形的模拟精度，有效还原了桨叶结冰的物理实际，避免了现有技术未计入挥舞影响的错误做法。
在一示例中，步骤S1计算不考虑挥舞运动影响的旋翼桨叶表面三维冰形
Figure 946478DEST_PATH_IMAGE001
具体包括：
S11：计算桨叶计算外形
Figure 331323DEST_PATH_IMAGE004
的计算网格Ω的空气流场信息；
S12：计算桨叶计算外形
Figure 255417DEST_PATH_IMAGE004
的计算网格Ω的水滴收集率
Figure 624081DEST_PATH_IMAGE005
；
S13：建立计算网格Ω的质量及能量守恒方程，结合空气流场信息、水滴收集率
Figure 455771DEST_PATH_IMAGE005
获取水滴流动平衡后计算网格Ω结冰的水滴的质量，进而获取旋翼表面水滴冻结的信息；具体地，撞击在桨叶表面上的水不会立即冻结，有可能发生流动，向周围的网格点流动，通过求解质量和能量守恒方程，就可以得到流动平衡后桨叶每个表面网格上结冰的水滴的质量，以获取旋翼表面结冰生长厚度，进而确定旋翼桨叶表面的三维冰形
Figure 960702DEST_PATH_IMAGE001
。
进一步地，步骤S11中桨叶计算外形
Figure 55697DEST_PATH_IMAGE004
的计算网格Ω的确定具体包括：
采用网格生成软件，以桨叶计算外形
Figure 380499DEST_PATH_IMAGE004
作为输入，进而生成计算拓扑和网格Ω。网格生成软件包括Gridgen、Pointwise、GridStar等，本实施例中采用的GridStar网格生成软件生成桨叶计算外形
Figure 219142DEST_PATH_IMAGE004
的网格Ω。
进一步地，步骤S11中计算网格Ω的空气流场信息的确定具体包括：
采用水滴流场软件或程序，以空气流场信息P作为输入，并设置水滴流场计算方法、边界条件、湍流模型和计算条件如计算网格Ω等信息，本实施例中将桨叶计算外形
Figure 844158DEST_PATH_IMAGE004
的表面设置为壁面吸入边界条件，水滴流场软件开始计算，计算收敛即可得到计算外形
Figure 906792DEST_PATH_IMAGE004
的网格Ω的对应空气流场信息W。具体地，流场（计算）软件包括ANSYS，Fluent，Star CCM+等；水滴流场信息计算需要水滴平均粒径、水滴密度、水滴翼面处的法向速度、水滴表面张力系数、水滴动力粘度、、来流含水量、远场水滴速度等。
更进一步地，空气流场信息计算步骤前还包括空气流场信息计算步骤，具体包括：
采用空气流场计算软件或程序，以桨叶计算外形
Figure 984469DEST_PATH_IMAGE004
的网格Ω作为输入，并设置空气流场计算方法、边界条件和计算条件等信息，计算得到网格对应的空气流场信息P。
在一示例中，计算桨叶计算外形
Figure 361224DEST_PATH_IMAGE004
的计算网格Ω的水滴收集率
Figure 575168DEST_PATH_IMAGE005
具体包括：
根据桨叶计算外形
Figure 9036DEST_PATH_IMAGE004
的计算网格Ω、空气流场信息，采用水滴轨迹计算软件计算桨叶计算外形
Figure 574009DEST_PATH_IMAGE004
的水滴收集率
Figure 551193DEST_PATH_IMAGE005
。其中，水滴收集率
Figure 150801DEST_PATH_IMAGE005
可以定义为当前计算网格的实际水滴收集量与来流含水量的比值；水滴轨迹计算软件包括Fensap，Lewice，Star CCM+等。具体地，计算过程中，将桨叶计算外形
Figure 492921DEST_PATH_IMAGE004
的计算网格Ω导入水滴轨迹计算软件，将输入流场信息、边界条件，选择欧拉计算方法并设置相关参数，即可通过水滴轨迹计算软件开始计算，计算收敛以后即可得到每个计算网格（桨叶表面的网格）上的水滴收集率，即单位时间内水滴撞击计算网络的质量。
在一示例中，质量及能量守恒方程具体为：
Figure 279611DEST_PATH_IMAGE006
Figure 263748DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 514600DEST_PATH_IMAGE008
表示与计算网格相碰撞的所有水滴的质量总和；
Figure 293201DEST_PATH_IMAGE009
为蒸发掉的水质量；
Figure 567187DEST_PATH_IMAGE010
为留在网格中结成冰的质量；
Figure 823856DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 132478DEST_PATH_IMAGE012
表示流入和流出计算网格的水的质量；
Figure 81979DEST_PATH_IMAGE013
为液态水冻结导致离开当前网格的能量，包括冻结液态水本身的能量和冻结过程中释放的潜热和显热；
Figure 905579DEST_PATH_IMAGE014
为液态水蒸发导致离开当前计算网格的能量，包括蒸发水本身的能量和蒸发过程吸收的潜热；
Figure 965939DEST_PATH_IMAGE015
为与计算网格相碰撞的水滴所带来的能量；
Figure 394646DEST_PATH_IMAGE016
为气流摩擦对表面的加热量；
Figure 249469DEST_PATH_IMAGE017
为气流与表面的对流换热量；
Figure 498048DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 158837DEST_PATH_IMAGE019
分别为流出和流入网格的溢流水的能量；下标nb为e，w，n，s，分别表示网格周围的四个方向。
具体地，旋翼表面结冰生长厚度公式为：
Figure 442050DEST_PATH_IMAGE025
其中，
Figure 730425DEST_PATH_IMAGE021
表示单个控制体微元，即桨叶计算外形的单个计算网格；
Figure 466300DEST_PATH_IMAGE022
表示留在网格中结成冰的质量；
Figure 868462DEST_PATH_IMAGE023
为冰的密度；d为水滴的粒径；
Figure 6182DEST_PATH_IMAGE024
为第i个时间步内计算网格内的结冰厚度。质量及能量守恒计算收敛以后，即可得到每个网格上冻结水的质量
Figure 468388DEST_PATH_IMAGE010
，质量
Figure 488296DEST_PATH_IMAGE010
除以结冰密度，就能得到每个网格上的结冰厚度
Figure 959729DEST_PATH_IMAGE024
。沿着计算外形外法向方向，将每个计算网格外推对应的结冰厚度，就最终得到了整个桨叶的三维冰形
Figure 951956DEST_PATH_IMAGE001
。
在一示例中，根据旋翼桨叶表面三维冰形
Figure 319483DEST_PATH_IMAGE001
计算桨叶不同位置的结冰应力
Figure 29950DEST_PATH_IMAGE002
具体包括：
采用流固耦合的数值模拟方法，以桨叶计算外形
Figure 836232DEST_PATH_IMAGE004
、旋翼桨叶表面三维冰形
Figure 682965DEST_PATH_IMAGE001
、结冰物性参数作为输入，计算桨叶不同位置的结冰应力
Figure 752553DEST_PATH_IMAGE002
。具体地，采用SolidWorks作为流固耦合计算软件，将桨叶计算外形
Figure 419157DEST_PATH_IMAGE004
、旋翼桨叶表面三维冰形
Figure 232393DEST_PATH_IMAGE001
、指定结冰区域作为输入信息，并设置每个结冰区域的物性参数，包括结冰密度、弹性模量、泊松比等，即可获取结冰、桨叶分别对应的应力和应变量，结冰应力
Figure 933632DEST_PATH_IMAGE002
为关于桨叶不同位置坐标的变量。
本实施例提供了一种存储介质，与上述任一示例或多个示例的组合具有相同的发明构思，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述示例中所述考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法的步骤。
基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本实施例还提供一种终端，与上述任一示例或多个示例的组合具有相同的发明构思，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述示例中所述考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法的步骤。处理器可以是单核或者多核中央处理单元或者特定的集成电路，或者配置成实施本发明的一个或者多个集成电路。
在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法，其特征在于：所述方法包括：
计算不考虑挥舞运动影响的旋翼桨叶表面三维冰形Λ1；
在旋翼挥舞运动导致桨叶变形的状态下，根据旋翼桨叶表面三维冰形Λ1计算桨叶不同位置的结冰应力σ；
判断桨叶不同位置的结冰应力σ是否大于结冰断裂强度阈值σb，若大于，此时此处桨叶位置的结冰由于桨叶变形发生了破碎和脱落，将当前桨叶位置的结冰状态更新为不结冰，再对旋翼桨叶表面冰形进行更新，反之，不做任何处理；
所述根据旋翼桨叶表面三维冰形Λ1计算桨叶不同位置的结冰应力σ具体包括：
采用流固耦合的数值模拟方法，以桨叶计算外形Γ、旋翼桨叶表面三维冰形Λ1、结冰物性参数作为输入，计算桨叶不同位置的结冰应力σ。
2.根据权利要求1所述考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法，其特征在于：所述计算不考虑挥舞运动影响的旋翼桨叶表面三维冰形Λ1具体包括：
计算桨叶计算外形Γ的计算网格Ω的空气流场信息；
计算桨叶计算外形Γ的计算网格Ω的水滴收集率β；
建立计算网格Ω的质量及能量守恒方程，结合空气流场信息、水滴收集率β获取水滴流动平衡后计算网格Ω结冰的水滴的质量，以获取旋翼表面结冰生长厚度，进而确定旋翼桨叶表面的三维冰形Λ1。
3.根据权利要求2所述考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法，其特征在于：所述计算桨叶计算外形Γ的计算网格Ω的水滴收集率β具体包括：
根据桨叶计算外形Γ的计算网格Ω、空气流场信息，采用水滴轨迹计算软件计算桨叶计算外形Γ的水滴收集率β。
4.根据权利要求2所述考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法，其特征在于：所述质量及能量守恒方程具体为：
Figure FDA0003266607180000021
Figure FDA0003266607180000022
其中，
Figure FDA0003266607180000023
表示与计算网格相碰撞的所有水滴的质量总和；
Figure FDA0003266607180000024
为蒸发掉的水质量；
Figure FDA0003266607180000025
为留在网格中结成冰的质量；
Figure FDA0003266607180000026
表示流入和流出计算网格的水的质量；
Figure FDA0003266607180000027
为液态水冻结导致离开当前网格的能量，包括冻结液态水本身的能量和冻结过程中释放的潜热和显热；
Figure FDA0003266607180000028
为液态水蒸发导致离开当前计算网格的能量，包括蒸发水本身的能量和蒸发过程吸收的潜热；
Figure FDA0003266607180000029
为与计算网格相碰撞的水滴所带来的能量；
Figure FDA00032666071800000210
为气流摩擦对表面的加热量；
Figure FDA00032666071800000211
为气流与表面的对流换热量；
Figure FDA00032666071800000212
分别为流出和流入网格的溢流水的能量；下标nb为e，w，n，s，分别表示网格周围的四个方向。
5.根据权利要求2所述考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法，其特征在于：所述旋翼表面结冰生长厚度公式为：
Figure FDA00032666071800000213
其中，As表示单个计算网格；
Figure FDA00032666071800000214
表示单个计算网格内结成冰的质量；ρice为冰的密度；d为水滴的粒径；hi为第i个时间步内计算网格内的结冰厚度。
6.一种存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于：所述计算机指令运行时执行权利要求1-5任意一项所述考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法的步骤。
7.一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于：所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1-5任意一项所述考虑挥舞作用的旋翼结冰冰形计算方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113486454B (zh) * 2021-09-07 2021-11-09 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种液滴的目标释放位置的计算方法
CN114048552B (zh) * 2022-01-12 2022-03-29 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 考虑二次撞击的旋翼表面大水滴质量流量计算方法及终端
CN114386273B (zh) * 2022-01-12 2023-06-02 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 考虑二次撞击的旋翼表面大水滴收集率计算方法及终端
CN116738576B (zh) * 2023-07-06 2024-01-16 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种旋翼结冰冰形预测方法、装置、设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104298886A (zh) * 2014-10-20 2015-01-21 上海电机学院 航空发动机旋转部件的结冰3-d数值模拟方法
CN109558650A (zh) * 2018-11-09 2019-04-02 中国直升机设计研究所 直升机旋翼结冰对旋翼性能影响的分析方法
CN111392066A (zh) * 2020-06-02 2020-07-10 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种直升机旋翼模型结冰风洞试验方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102682144B (zh) * 2011-11-30 2014-02-19 天津空中代码工程应用软件开发有限公司 直升机旋翼飞行结冰的数值模拟方法
CN112906140B (zh) * 2021-04-28 2021-08-03 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 基于大水滴飞溅与最小质量损失率的水滴收集率计算方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104298886A (zh) * 2014-10-20 2015-01-21 上海电机学院 航空发动机旋转部件的结冰3-d数值模拟方法
CN109558650A (zh) * 2018-11-09 2019-04-02 中国直升机设计研究所 直升机旋翼结冰对旋翼性能影响的分析方法
CN111392066A (zh) * 2020-06-02 2020-07-10 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种直升机旋翼模型结冰风洞试验方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Numerical simulation of three-dimensional ice accretion on an aircraft wing";Yihua Cao .etc;《International Journal of Heat and Mass Transfer》;20160131;第92卷;第34-54页 *
"三维机翼结冰外形生成及流场分析";李寒清 等;《复旦学报（自然科学版）》;20111215;第50卷(第6期);第780-786页 *
"旋翼结冰模型与纵列式直升机平衡特性分析";李国知 等;《北京航空航天大学学报》;20100915;第36卷(第9期);第1034-1037、1042页 *
"直升机旋翼结冰数值模拟及试验研究";王正之;《万方数据》;20190408;正文部分第100-134页 *

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