[发明专利]一种三维机翼结冰后表面重构方法

说明书

本发明公开了一种三维机翼结冰后表面重构方法，包括如下步骤：提取三维飞机机翼结冰后表面坐标以及曲面单元的连接关系，对数据进行处理，寻找每个单元的相邻单元，确认其中任意一个只有三个相邻单元的作为起始单元；根据起始单元，确定两个相对的相邻单元作为纵向遍历方向，依次寻找该方向所有相邻单元；根据上一步骤中寻找到的第一列纵向单元，以起始单元剩下的相邻单元作为横向遍历方向，依次寻找纵向单元相邻的横向单元，以此，将无序的冰形曲面数据转换成可用于曲面重构的网格控制点；根据新拓扑出的网格控制点，采用双三次非均匀B样条曲面重构算法构建新的三维机翼表面。本发明能够实现三维结冰分步计算，同时保证结冰计算精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及曲面重构技术领域，尤其是一种三维机翼结冰后表面重构方法。

背景技术

飞机结冰是飞机飞行中广泛存在的一种现象，也是造成飞行安全事故的主要隐患之一。飞机结冰问题的研究可以采用冰风洞实验和数值模拟计算两种方法。数值模拟可计算多种工况条件下的飞机结冰问题，并且价格便宜、运行效率快，逐渐成为结冰研究的一个重要手段。

国内外对二维结冰的数值模拟已经研究成熟，但由于机翼外形的复杂性，每个截面的结冰情况并不相同，因此采用三维数值模拟方法可以更精准的模拟飞机实际结冰情况。国外对结冰问题的研究较早，目前已经开发了多款结冰计算软件，如美国的LEWICE、加拿大的FENSAP-ICE、法国的ONERA、英国的DRA、意大利的CIRAMIL等。国内近年也不断研究三维飞机结冰问题，飞机结冰问题是一个动态过程，冰层在飞机表面随时间积累不断变化，即飞机的气动外形不断变化，现目前在对三维结冰计算时是按准定常方法进行，与实际的结冰过程有一定差别，因此采用多时间步长研究三维结冰问题具有更实际性的意义。

目前，没有采用多时步长研究三维结冰问题主要原因是没办法快速准确地得到结冰后复杂的机翼表面几何模型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种三维机翼结冰后表面重构方法，能够实现三维结冰分步计算，同时保证结冰计算精度和稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种三维机翼结冰后表面重构方法，包括如下步骤：

(1)提取三维飞机机翼结冰后表面坐标以及曲面单元的连接关系，对数据进行处理，寻找每个单元的相邻单元，确认其中任意一个只有三个相邻单元的作为起始单元；

(2)根据起始单元，确定两个相对的相邻单元作为纵向遍历方向，依次寻找该方向所有相邻单元；

(3)根据步骤(2)中寻找到的第一列纵向单元，以起始单元剩下的相邻单元作为横向遍历方向，依次寻找纵向单元相邻的横向单元，以此，将无序的冰形曲面数据转换成可用于曲面重构的网格控制点；

(4)根据新拓扑出的网格控制点，采用双三次非均匀B样条曲面重构算法构建新的三维机翼表面。

优选的，步骤(1)中，寻找每个单元的相邻单元具体为：如果两个单元具有公共边，则认为这两单元相邻，两个单元某两个点交叉相等，则认为具有公共边。

优选的，步骤(4)中，采用双三次非均匀B样条曲面重构算法构建新的三维机翼表面具体为：B样条曲线可定义如下：

式(1)中：d_i(i＝0,1...n)为B样条曲线的控制顶点(坐标)；N_i,k(u)(i＝0,1...n)为k次规范B样条基函数；i为控制顶点和样条基函数的编号；n为控制顶点的数量；k为B样条曲线的阶次；u为B样条曲线的参变量；

基函数N_i,k(u)是由一个称为节点矢量的非递减参数u的序列U所决定的k次分段多项式，可以由DeBoor-Cox公式给出：