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

摘要

本发明公开了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，属于航空航天技术领域，方法包括：确定被模拟飞行器的计算外形的网格Ω、水滴流场信息；计算不发生飞溅条件下的计算外形的第一水滴收集率；考虑最小质量损失率的基础上，计算飞溅导致的质量损失率fm；在第一水滴收集率的基础上去除质量损失得到计算外形最终的水滴收集率。本发明在考虑最小质量损失率的基础上，计算飞溅导致的质量损失率，即对飞溅造成的质量损失进行了人为最小限制，进而有效避免了发生飞溅情况时质量损失少甚至不损失的问题，一定程度上提升了飞溅效应对收集率的影响作用，使得数值模拟更贴近物理实际，预测精准度高。

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及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。

背景技术

飞机结冰直接影响飞机的气动性能，严重时会导致机毁人亡的重大事故，开展飞机结冰研究对提高飞行安全和飞行效率具有重要意义。在经过半个多世纪的深入研究，小水滴结冰得到了系统的理论和应用成果。然而，过冷大水滴（Supercooled Large Droplet,SLD，平均粒径大于50μm）结冰的研究才刚刚起步，诸多关键问题亟需突破和解决。

SLD结冰首次被发现于美国鹰航ATR-72-212飞行事故，常常出现在冻雨、冻毛毛雨等结冰气象条件下。相较于小水滴，SLD由于具有更大的尺寸，其气动跟随性便更差，使得撞击结冰的范围更广、结冰量更多。同时，SLD作为更明显的受力体，其动力学行为更显著，常出现变形、破碎、反弹、飞溅等效应，使得结冰的过程更复杂，导致SLD结冰试验、数值仿真与防/除冰等问题的研究更为艰难。

SLD以一定的动能部分或全部离开飞机壁面，最终影响的是结冰表面的局部水滴收集系数，即SLD飞溅是水滴收集率的主要影响因素，且更容易被记录、被量化，是目前SLD结冰研究的突破口。基于风洞试验数据，出现了多种关于SLD的动力学模型，取得了一定的结果，然而基于现有动力学模型在SLD条件下进行结冰风洞试验，其大水滴飞溅效应的收集率与对应的真实条件下水滴收集率仍具有一定的差异，在此基础上，有必要进一步开展大水滴飞溅效应的收集率计算方法研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术大水滴飞溅效应的收集率计算精准度不够高的问题，提供了一种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。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：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，所述方法包括被模拟飞行器的计算外形

确定被模拟飞行器的计算外形

根据所述网格Ω以及水滴流场信息计算不发生飞溅条件下的计算外形

考虑最小质量损失率的基础上，根据网格Ω以及水滴流场信息计算飞溅导致的质量损失率f

在第一水滴收集率

作为一选项，所述确定被模拟飞行器的计算外形

作为一选项，所述确定被模拟飞行器的水滴流场信息具体包括：采用水滴流场软件或程序，以空气流场信息作为输入，计算得到计算外形

作为一选项，所述空气流场信息的计算具体包括：采用空气流场计算软件或程序，以计算外形

作为一选项，所述质量损失率f

f

其中，

作为一选项，所述最小质量损失率

作为一选项，所述最小质量损失率

其中，d是水滴平均粒径；

作为一选项，所述撞击参数计算表达式为：

其中，

作为一选项，所述第一水滴收集率

其中，

作为一选项，所述计算外形

其中，

需要进一步说明的是，上述方法各选项对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

本发明在考虑最小质量损失率的基础上，计算飞溅导致的质量损失率，即对飞溅造成的质量损失进行了人为最小限制，进而有效避免了发生飞溅时质量损失少甚至不损失的问题，一定程度上提升了飞溅效应对收集率的影响作用，使得数值模拟更贴近物理实际，预测精准度高。

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为本发明实施例1的方法流程图；

图2为本发明实施例1的计算外形

图3为本发明实施例1的MS317二维翼型图；

图4为本发明实施例1中未发生飞溅的水滴收集率计算曲线；

图5为本发明实施例1的采用本发明方法得到的水滴收集率计算曲线；

图6为本发明实施例1的本发明方法与现有技术的收集率计算结果对比图。

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的方向或位置关系，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。

本发明通过数值仿真得到计算外形的空气流场和水滴流场，进而给定飞溅判定准则，并确定质量损失率，同时在损失率计算中进行质量损失最小的限制，以保证大水滴发生飞溅后就有一定质量损失，最后得到考虑飞溅效应的水滴收集率计算结果，以此使数值模拟更贴近物理实际。

实施例1

如图1所示，在实施例1中，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，方法包括被模拟飞行器的计算外形

S01：确定被模拟飞行器的计算外形

S02：根据所述网格Ω以及水滴流场信息计算不发生飞溅条件下的计算外形

S03：考虑最小质量损失率的基础上，根据网格Ω以及水滴流场信息计算飞溅导致的质量损失率f

S04：在第一水滴收集率

本发明在考虑最小质量损失率的基础上，计算飞溅导致的质量损失率，即对飞溅造成的质量损失进行了人为最小限制，进而有效避免了发生飞溅时质量损失少甚至不损失的问题，一定程度上提升了飞溅效应对收集率的影响作用，使得数值模拟更贴近物理实际，预测精准度高。

进一步地，步骤S01中确定被模拟飞行器的计算外形

采用网格生成软件，以计算外形

进一步地，步骤S01中被模拟飞行器的水滴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、边界条件和计算条件等信息，本实施例中将计算外形

进一步地，水滴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，以计算外形

进一步地，质量损失率f

f

其中，

进一步地，最小质量损失率

其中，d是水滴平均粒径；

进一步地，撞击参数计算表达式为：

其中，

进一步地，第一水滴收集率

其中，

进一步地，最终的水滴收集率

进一步地，步骤S03计算飞溅导致的质量损失率步骤前还包括：

根据给定飞溅判定准则判定是否发生飞溅，飞溅判定准则具体为：撞击参数

为进一步说明本发明技术效果，现将采用本发明方法计算得到的水滴收集率、基于无飞溅模型得到的水滴收集率、基于Mundo模型得到的水滴收集率与实际试验结果进行对比如图6所示，图6横坐标为图2中y方向坐标归一化结果（图2无量纲的弦长），其中c为弦长；纵坐标为最终的水滴收集率

实施例2

本实施例提供了一种存储介质，与实施例1具有相同的发明构思，其上存储有计算机指令，计算机指令运行时执行实施例1中的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 Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

实施例3

本实施例还提供一种终端，与实施例1具有相同的发明构思，包括存储器和处理器，存储器上存储有可在处理器上运行的计算机指令，处理器运行计算机指令时执行实施例1中的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。