一种机翼三维结冰模型的生成方法与流程

本发明属于飞机结冰试验领域，具体涉及一种机翼三维结冰模型的生成方法。

背景技术：

在飞行中，飞机表面可能出现结冰，飞机表面的冰会对飞机气动特性产生严重的影响，如阻力增大，俯仰力矩特性剧烈变化等，严重影响飞行安全。

飞机的适航性要求飞机具有防除冰的能力以及在结冰状态下还具有安全飞行的能力。因此，研究不同气候条件对飞机结冰的影响，以及飞机结冰后对全机气动力特性的影响就非常重要。首先在结冰风洞中进行结冰试验，即在不同环境，不同大气条件下飞机的结冰情况，得到不同的截面冰型。然后进行结冰影响试验，研究不同条件结冰后对全机气动特性的影响。

飞机结冰是一个非常复杂的过程，受温度、湿度、大气中水滴情况和飞机表面条件，以及结冰时间等因素的影响，而且结冰时，冰型的生成具有很大的随机性。这给结冰过程的数值模拟，以及结冰试验结果的分析带来了很大的难度。

目前根据结冰试验截面冰型生成机翼三维冰型的方法，通用方法为：1)对比结冰试验得到的不同冰型，分析选取结冰情况最恶劣(截面冰型最复杂，结冰尺寸最大)的冰型截面，认为利用该截面冰型进行结冰影响试验，对全机气动特性影响最大；2)将选取的冰型直接沿机翼展向拉伸，获得具有二维特征的冰型模型，见图1和图2。这种冰型生成方法忽略了结冰外形在展向上的三维形状特征，并且无法体现出结冰过程中随机性，不均匀性。根据相关研究资料，研究结冰对全机气动力特性的影响时，直接拉伸获得的二维冰型，与接近真实的三维冰型的试验结果有一定差异，而且三维冰型的试验结果更加接近试飞结果。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决以上问题，发明一种能够模拟出机翼结冰过程随即性和快捷生成机翼三维结冰模型的生成方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种机翼三维结冰模型的生成方法，包括如下步骤，

步骤一：利用机翼结冰风洞试验得到机翼某一状态时x个截面冰型；

步骤二：提取截面冰型的特征长度，生成二维冰型轮廓；

步骤三：在二维冰型轮廓基础上根据所需厚度b，拉伸出三维冰型单元，并对三维冰型单元进行编号；

步骤四：根据步骤三中三维冰型单元的厚度b，结合需要模拟的机翼三维冰型的展向长度l，获得需要组合三维冰型单元的个数n；

步骤五：生成n个1至x之间的随机整数数列a(n)；

步骤六：对应数列a(n)，按照展向某个方向，将每一项对应编号的冰型单元组合到机翼前缘上，生成机翼三维冰型外形模型。

优选地是，所述步骤一中，截面冰型数量x为3～5个。

本发明所提供的一种机翼三维结冰模型的生成方法的有益效果在于，由于在生成三维冰型时应用了结冰试验得到的所有截面冰型，因此三维冰型保留了结冰试验的更多冰型特性，而且在排列冰型单元时，采用了程序生成随机数的方法，即利用相同的冰型截面，可以生成不同的三维冰型，这与机翼结冰过程的随机性相似。使用该方法，可以快捷地生成具有三维特征的机翼冰型模型；另外，由于利用冰型截面生成冰型单元，在设计和加工三维冰型时可以使用模块化的方法，使模型加工、装配过程更加简便。

附图说明

图1为现有冰型拉伸得到的机翼冰型示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3至图6为本发明一实施例某一状态时的截面冰型示意图；

图7至图10为本发明一实施例根据二维冰型轮廓拉伸得到的三维冰型单元示意图；

图11为本发明一实施例按照随机整数数列排列得到的机翼三维冰型外形示意图；

图12为图11的局部放大图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面结合附图对本发明的机翼三维结冰模型的生成方法做进一步详细说明。

如图3至12所示，一种机翼三维结冰模型的生成方法，通过如下步骤实施。

首先利用机翼结冰风洞试验得到某一状态x个截面冰型，一般每个结冰风洞试验状态取截面冰型数量为3至5个，本实施例选取4个(见图3至图6)所示，在应用时根据具体情况进行选取，不限于4个。再提取截面冰型的特征长度，以图6中的羊角冰说明，羊角冰即冰型截面有两个较大的突起类似羊角，羊角冰的截面冰型的特征长度为高度、宽度等，适当简化，忽略较小的曲线特征，生成二维冰型轮廓。

然后利用二维冰型轮廓，根据所需厚度b，拉伸出三维冰型单元，每个截面冰型生成的三维冰型单元编号为1至4，例如b＝10mm，见图7至图10所示。若需要模拟的机翼三维冰型的展向长度l，则需要组合n个三维冰型单元，对n，有n×b＝l。例如，机翼三维冰型的展向长度l＝500mm，则n＝500/10＝50，可以利用程序生成50个1至4之间的随机整数，即数列a(50)：

对应数列a(50)，按照展向某个方向(本发明采用从机翼根部向机翼翼尖方向，相反方向也可)，将每一项对应编号的冰型单元组合到机翼前缘上，则生成机翼三维冰型外形模型，见图11和图12，使用本发明方法生成的三维冰型模型可用于加工冰型模型，进行冰型对机翼气动力影响风洞试验。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种机翼三维结冰模型的生成方法，步骤如下：利用机翼结冰风洞试验得到机翼某一状态时x个截面冰型；提取截面冰型的特征长度，生成二维冰型轮廓；在二维冰型轮廓基础上根据所需厚度b，拉伸出三维冰型单元，并对其进行编号；根据厚度b，结合需要模拟的机翼三维冰型的展向长度L，获得需要组合三维冰型单元的个数n；生成n个1至x之间的随机整数数列A(n)；对应数列A(n)，按照展向某个方向，将每一项对应编号的冰型单元组合到机翼前缘上，生成机翼三维冰型外形模型。本发明所提供的方法，三维冰型保留了结冰试验的更多冰型特性，而且在排列冰型单元时，采用了程序生成随机数的方法，能够生成不同的三维冰型。

技术研发人员：赵霞;吴蓝图;衣然;徐路;郭旺柳
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
技术研发日：2017.11.29
技术公布日：2018.04.20