CN115214894A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明适用于飞机结冰探测技术领域，提供了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。先采用数值模拟计算计算多个工况下多个离散的点的结冰参数，再通过机器学习或插值计算的方法获得整个待测物体物面上多个工况下任意点的结冰参数，求取多个工况下结冰参数满足预设要求的最优安装位置范围，在该最优安装位置范围内选取最优安装位置。采用本申请的方法，能够精准快速地判断出结冰传感器的最优安装范围和最优安装位置。

Description

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

技术领域

本申请涉及飞机结冰探测技术领域，尤其是涉及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。

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。

现有技术的结冰传感器安装位置研究中，结冰传感器安装位置的确定方法，主要是通过在机头上取一些离散的点，来大体评估出最优位置，这种方法的优点是较为快速，但是评估可靠性有一定的欠缺。

例如，专利CN202110255567.3公开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。

由此可知，现有技术大多只能对离散的点进行评估，评估的可靠性有一定的欠缺。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，先采用数值模拟计算计算多个工况下多个离散的点的结冰参数，再通过机器学习或插值计算的方法获得整个待测物体物面上多个工况下任意点的结冰参数，求取多个工况下结冰参数满足预设要求的最优安装位置范围，在该最优安装位置范围内选取最优安装位置。

具体地，本申请一方面提供一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，包括以下步骤：

S10. 在待测物体上截取M个截面，并在每个截面上取L个计算点，并分别在K个工况下，计算各个计算点的结冰传感器的结冰参数；

其中，M≧2，L≧2，K≧1；

S20. 通过机器学习或插值计算，得到待测物体上任意位置在K个工况下的结冰参数；

S30. 根据所述结冰参数确定最终的结冰传感器最优安装位置。

进一步地，所述结冰参数包括当地结冰传感器水收集系数

与当地结冰传感器 所在物面上的最大水收集系数β₂的比值β_1/β₂，结冰平均厚度h和冻结率f。

进一步地，步骤S30包括：

S31. 根据结冰参数，确定每个工况下的最优安装位置范围：

当β₁/β₂>1，且h≥m，且f>0时的位置范围作为该工况下的最优安装位置范围；其中，m为设定值；

S32. 对每个工况下的最优安装位置范围求取交集；

S33. 在该交集内选取β₁/β₂，h和f最大处为最优安装位置。

进一步地，步骤S32中，若没有交集，返回步骤S10，增加工况数量。

进一步地，所述冻结率f通过下式进行计算：

，

其中，

为第i个微元的结冰质量，

为单位时间撞击在第i个微元表面的 水量，

为单位时间从前一个微元溢流到此微元的水量。

进一步地，所述工况包括飞行参数和云雾场参数。

进一步地，当所述待测物体上要安装多个结冰传感器时，还包括步骤S00：对所述待测物体进行分区，每个区分别执行步骤S10-S30。

本申请第二方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行所前所述的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法。

采用本申请的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，相对于现有技术，至少具有以下有益效果：

（1）本申请先采用数值模拟计算计算多个离散的点的结冰参数，再通过机器学习或插值计算的方法获得整个待测物体物面上任意点的结冰参数，作为依据确定最优安装位置，一方面可以减少计算量，另一方面，由于计算了整个待测物面的结冰参数，所确定的最优安装位置更加准确；

（2）本实施例通过将多个工况下的获得的最优位置范围进行交集求取最终的结冰传感器最优安装位置，是一个能够普适于在不同飞行工况下的结冰探测。

（3）本实施例设置了三个结冰参数，并设计了根据这三个结冰参数的取值范围来选择最优安装位置范围的选取原则，使得所确定的最优安装位置能够更有效地探测结冰。

（4）采用本申请的方法，即可以快速评估出待测物体表面的结冰传感器最优安装位置，也可以迅速评估某指定安装位置的优劣。

（5）采用本申请的方法，能够精准快速地判断出结冰传感器的最优安装范围和最优安装位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例1的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法的流程图；

图2是本申请实施例1的机头示意图；

图3是本申请实施例1的步骤S30的流程图。

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。

实施例1

一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S10. 在待测物体上截取M个截面，并在每个截面上取L个计算点，并分别在K个工况下，计算各个计算点的结冰传感器的结冰参数；

其中，M≧2，L≧2，K≧1。

本实施例以某飞机机头为例，如图2所示，在机头上选取M个截面（如图2所示有三个截面，标号1，2，3分别表示第一截面，第二截面和第三截面），一般在机头常规易结冰的位置取3-5个截面，每个截面上选取10-12个计算点进行计算，本领域技术人员可以理解，所选取的截面的数量和计算点的数量可以根据实际情况进行选取，对于后续步骤S20来说，步骤S10中选取的截面数量和计算点的数量越多，通过学习或插值计算出来的机头表面任意位置的结冰参数越准确，获得的结冰传感器的最优安装位置越精准。但是选取的计算点和截面数量越多，计算量越大，耗时越长，本领域技术人员可以根据实际情况平衡两者的关系。

所述的工况包括飞行参数和云雾场参数，例如飞行高度，速度，攻角，水含量，平均水滴中值直径等，也可根据FAR25部附录C得到飞行工况。

本实施例中，所述结冰参数包括当地结冰传感器的水收集系数

与当地结冰传 感器所在物面上的最大水收集系数β₂的比值β_1/β₂，结冰平均厚度h和冻结率f。

当地结冰传感器的水收集系数

采用水收集系数

的计算公式计算：

其中，

为当地水滴容积分数，

为水滴速度，

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。

结冰平均厚度h的计算公式为：

其中t为结冰时间，A _i 为第i个微元的面积，

为冰密度，

为第i个微元的结 冰质量。

冻结率f通过下式进行计算：

，

其中，

为第i个微元的结冰质量，

为单位时间撞击在第i个微元表面的 水量，

为单位时间从前一个微元溢流到此微元的水量。

值得说明的是，以上计算均是建立流场，通过数值模拟计算来计算以上结冰参数，该数值模拟方法是本领域的常规技术，在此不再赘述。

S20. 通过机器学习或插值计算，得到待测物体上任意位置在K个工况下的结冰参数；

该步骤中，机器学习和插值计算都是本领域的常规技术手段，均是通过已知的数据样本预测未知的数据样本，所有能够实现该目的机器学习方法和插值计算方法均可，在此不作赘述。

本申请通过数值模拟计算离散的点的结冰参数，再通过机器学习或插值计算的方法计算机头表面更多的点的结冰参数，当计算的点的数量足够多，可将其看做是计算了连续的曲线，进而计算了连续的面上各点的结冰参数，根据机头表面的连续的面的结冰参数，确定结冰传感器的最优安装位置，使得所确定的安装位置更加精确。

S30. 根据所述结冰参数确定最终的结冰传感器最优安装位置，如图3所示，包括如下步骤：

S31. 根据结冰参数，确定每个工况下的最优安装位置范围：

当β₁/β₂>1，且h≥m，且f>0时的位置范围作为该工况下的最优安装位置范围；其中，m为设定值；

值得注意的是，本申请将同时满足上述三个结冰参数的范围的位置范围作为最优安装位置范围，原因在于：由于飞机表面存在无水区，只有当β₁/β₂>1的位置结冰传感器才能探测到结冰；另外，如果β₁/β₂>1，但是结冰厚度没达到设定值m，结冰传感器将不会进行结冰报警；再者，若f=0，则飞机表面的水将完全不冻结，无法进行结冰探测。

对于设定值m的取值，可根据传感器的类型和精度进行取值，例如为3mm。

S32. 对每个工况下的最优安装位置范围求取交集；

每个工况下的最优安装位置的交集可能有多个，可能有一个，也可能没有，当没有交集时，则返回步骤S10，增加工况数量，继续执行步骤S10-S30。

S33. 在该交集内选取β₁/β₂，h和f最大处为最优安装位置。

即在最优安装位置范围内选取最优的点作为最优安装位置。

采用本实施例的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，首先在待测物体上选取离散的点通过数值模拟计算各离散的点的结冰参数，获得最原始的样本值；再根据原始样本进行机器学习或插值计算获得待测物体上任意位置的结冰参数，由此获得该待测物体表面整个面上的结冰参数值，通过这样的方法，即保留了数值模拟计算的准确性，又减少了计算量，获得了整个物面的结冰参数，相比于现有技术中计算离散的点来确定结冰传感器的最优安装位置，能够显著提高评估的可靠性和准确性。

本实施例通过将多个工况下的获得的最优位置范围进行交集求取最终的结冰传感器最优安装位置，是一个能够普适于在不同飞行工况下的结冰探测。

本实施例设置了三个结冰参数，并设计了根据这三个结冰参数的取值范围来选择最优安装位置范围的选取原则，使得所确定的最优安装位置能够有效探测到结冰。

实施例2

本实施例相对于于实施例1，不同点在于，本实施例需要对待测物体上设置多个传感器，需要确定多个传感器的最优安装位置。

以飞机为例，将飞机机头，左右机翼，尾翼进行分区，分别执行实施例1所述的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法分别确定各个区内的结冰传感器的最优安装位置。

实施例3

本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行实施例1和/或实施例2所述的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法。

计算机可读存储介质可以是诸如闪存、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、EPROM（可擦除可编程只读存储器）、硬盘或者ROM之类的电子存储器。可选地，计算机可读存储介质包括非易失性计算机可读存储介质（non-transitory computer-readable storagemedium）。计算机可读存储介质具有执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读取或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。

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)

1.一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10. 在待测物体上截取M个截面，并在每个截面上取L个计算点，并分别在K个工况下，计算各个计算点的结冰传感器的结冰参数；

其中，M≧2，L≧2，K≧1；

S20. 通过机器学习或插值计算，得到待测物体上任意位置在K个工况下的结冰参数；

S30. 根据所述结冰参数确定最终的结冰传感器最优安装位置。

2.根据权利要求1所述的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，其特征在于， 所述结冰参数包括当地结冰传感器水收集系数

与当地结冰传感器所在物面上的最大水 收集系数β₂的比值β_1/β₂，结冰平均厚度h和冻结率f。

3.根据权利要求2所述的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，其特征在于，步骤S30包括：

S31. 根据结冰参数，确定每个工况下的最优安装位置范围：

当β₁/β₂>1，且h≥m，且f>0时的位置范围作为该工况下的最优安装位置范围；其中，m为设定值；

S32. 对每个工况下的最优安装位置范围求取交集；

S33. 在该交集内选取β₁/β₂，h和f最大处为最优安装位置。

4.根据权利要求3所述的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，其特征在于，步骤S32中，若没有交集，返回步骤S10，增加工况数量。

5.根据权利要求3所述的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，其特征在于，所述冻结率f通过下式进行计算：

，

其中，

为第i个微元的结冰质量，

为单位时间撞击在第i个微元表面的水量，

为单位时间从前一个微元溢流到此微元的水量。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，其特征在于，所述工况包括飞行参数和云雾场参数。

7.根据权利要求6所述的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法，其特征在于，当所述待测物体上要安装多个结冰传感器时，还包括步骤S00：对所述待测物体进行分区，每个区分别执行步骤S10-S30。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行所述权利要求1-7任一所述的一种精准确定结冰传感器最优安装位置的方法。

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