[发明专利]一种飞机动态结冰冰型微结构特征预测方法

说明书

本发明公开了一种飞机动态结冰冰型微结构特征预测方法，包括如下步骤：步骤一、通过结冰风洞实验获取结冰宏观形貌；步骤二、通过冰型显微图像实验获取结冰微观形貌及形核密度；步骤三、通过相场模拟获取结冰冰型微结构特征。与现有技术相比，本发明的积极效果是：采用本发明方法，可建立结冰微结构特征的预测方法，有效克服目前结冰特性预测主要为宏观预测的不足，从而为进一步建立结冰物理特性的定量表征方法，提高结冰预测的精细化水平，研制高效率、低冗余的飞机防除冰系统，有效提高飞机结冰条件下的安全飞行能力提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及一种飞机动态结冰冰型微结构特征预测方法。

背景技术

现有飞机结冰冰型预测方法主要通过数值计算或实验方法模拟飞机结冰的宏观形貌，难以预测不同结冰条件下动态结冰冰型细节特征，也无法建立结冰条件与结冰物理特性之间的定量关系，从而较大程度地制约了人们对飞机结冰特性及其对飞行安全危害精细化预测水平的提升。

针对目前飞机结冰冰型特征无法量化表征，从而严重制约了对飞机结冰特性及其对飞行安全影响精细化预测的现状，本发明提出一种能够预测动态结冰冰型微结构特征的方法，为有效预测结冰特性及其危害，从而发展高效的结冰防除方法提供技术基础。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种飞机动态结冰冰型微结构特征预测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种飞机动态结冰冰型微结构特征预测方法，包括如下步骤：

步骤一、通过结冰风洞实验获取结冰宏观形貌；

步骤二、通过冰型显微图像实验获取结冰微观形貌及形核密度；

步骤三、通过相场模拟获取结冰冰型微结构特征。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：采用本发明方法，可建立结冰微结构特征的预测方法，有效克服目前结冰特性预测主要为宏观预测的不足，从而为进一步建立结冰物理特性的定量表征方法，提高结冰预测的精细化水平，研制高效率、低冗余的飞机防除冰系统，有效提高飞机结冰条件下的安全飞行能力提供技术支撑。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为动态结冰冰型微结构特征预测方法流程图；

图2为结冰过程冰型微结构特征的演化示意图。

具体实施方式

本发明采用风洞实验、显微图像实验与相场模拟相结合的方法，建立一种能有效预测飞机动态结冰冰型微结构特征的方法，如图1所示，包括如下步骤：

1、在结冰风洞内，固定来流速度、水滴直径及液态水含量，变换来流温度开展结冰风洞实验，获得模型表面在不同温度工况下的结冰宏观形貌。

2、针对目前国内外飞机动态结冰过程形核率数据缺乏的现状，在结冰风洞实验基础上，开展冰型显微图像实验，获取结冰微观形貌及形核率：

选取实验模型中间部位的冰相，切片并打磨，采用显微镜获得相应结冰条件下的微结构图像；参照连续形核理论的相关模型，结冰凝固过程的面形核密度可表示为形核过冷度的函数：为了获得动态结冰条件下的n₀和a值，根据不同实验温度下结冰风洞实验获得的冰相，通过显微图像实验可获得相应的晶体数量，通过变换不同过冷度ΔT条件进行多次实验，即可获得不同过冷度条件下的形核密度n，采用线性拟合方法可获得形核密度关系式中的系数n₀和a，从而建立伴随水滴撞击的动态结冰条件下的形核密度与结冰条件之间的关系，以有效克服采用经典模型计算形核密度难以表征水滴撞击结冰条件下异相形核特征的局限。