[发明专利]一种航空飞行器结冰可靠性智能评估方法

说明书

本发明公开了一种航空飞行器结冰可靠性智能评估方法，包括航空飞行器结冰反正自动建模、冰块脱落后仿真和结冰安全性预报，本发明能够实现局部结冰情况下航空飞行器安全性评估全三维仿真建模；可以构建不同飞行高度、马赫数、冰片撞击数量等影响因素的飞行器操稳控制与可靠性全三维仿真模型；可以搭建基于人工智能算法的航空飞行器可靠性评估联合仿真系统，固化仿真知识经验，形成仿真标准规范，提高仿真效率，同时可以建立高精度飞行器可靠性快速预报模型，将预报误差减少到30％以内。

技术领域

本发明涉及航空飞行器评估领域，具体涉及一种航空飞行器结冰可靠性智能评估方法。

背景技术

现有针对发动机冰脱落运动轨迹及撞击壁面、叶片过程的仿真计算方法的主要以人为判断和迭代为主，还没有采用人工智能算法，依靠多工具接口开发实现联合仿真系统。其可靠性预测只能做定性判断，定量判断误差较大，误差在正负50％之间。

现有航空飞行器结冰可靠性仿真流程全部依靠人工手动设定，没有形成具有可操作性的仿真规范标准，不利于仿真经验及仿真知识的固化传递，且仿真效率较低。现有针对航空飞行器的机翼或发动机结冰、发动机冰脱落运动轨迹及撞击壁面或叶片过程仿真计算方法的主要缺陷：一、局部结冰情况下航空飞行器安全性评估大多依赖二维模型或局部三维模型，没有实现全三维仿真；二、目前只能实现特定飞行高度、马赫数、特定冰片撞击数量等影响因素的飞行器操稳控制或者可靠性仿真，没有实现全工况评估，没有将操稳控制与可靠性结合在一起。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出了一种航空飞行器结冰可靠性智能评估方法，该方法在局部结冰情况下提供了航空飞行器安全评估全三维仿真建模方法，构建不同飞行高度、马赫数、冰片撞击数量等影响因素的飞行器操稳控制与可靠性全三维仿真模型；开发高精度飞行器可靠性快速预报模型，预报误差30％。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种航空飞行器结冰可靠性智能评估方法，包括如下步骤：

(1)根据航空飞行器亚跨超声速流气动力的需求，导入航空飞行器的几何模型和流体域模块，根据具体工况自动生成满足计算需求的最优化网格；

(2)根据航空飞行器亚跨超声速流气动力的需求，输入参数、导入并优化网格以及选择物理模型并采用Fluent流场求解器计算出气动力快速计算结果，所述输入参数包括马赫数、攻角、飞行高度、迭代步数；

(3)输入液滴直径分布、液滴密度、液滴流场耦合计算迭代次数、以及步骤(2)的计算结果建立液滴多相流计算过程，提取航空飞行器的水滴收集系数，用于后续自然冰型生长过程计算；

(4)根据航空飞行器水滴撞击特性计算结果模拟流场中水滴运动轨迹，求得水滴对航空飞行器的局部水滴收集系数，确定水滴的撞击特性，输入空气湿度、冰型生长总时间在结冰计算过程中对航空飞行器控制体应用质量和能量守恒方程，获得航空飞行器控制体上的结冰量，预测积冰形状，最后对结冰条件下的流场进行分析，获得飞机升力、阻力及压力系数；

(5)计算完一轮自然冰型后更新航空飞行器流场网格，再重复步骤(2)～(4)重新进行气动力计算、水滴收集系数计算和冰型生长计算迭代；

(6)批量输入马赫数、攻角、飞行高度参数按照步骤(1)～步骤(5)进行计算保存形成多工况处理的升力、阻力、力矩曲线，并插入报告形成结冰安全性评估。

进一步地，还包括冰块脱离后的仿真预测，其步骤如下：

(1)构建选择冰块数据库，对于冰块脱落后的冰型建立常用冰型数据库，根据冰块数据库选择冰块类型和质量、释放位置坐标，并加载流场计算前处理中；

(2)参数化建模，根据需求可修改冰块的几何模型，基于冰块的几何模型可选择冰块类型和质量、设定释放位置、模型参数；建立高质量的重叠类型计算网格采用Fluent求解器开发专用的前处理流场模板；