局部水收集系数的试验测量方法
【专利摘要】本发明提供一种获取型材的实际局部水收集率的测试方法，包括如下步骤：在平行于水滴来流的方向，获取型材的横截面，在该横截面的面对水滴来流的外表面上以等间距d获取微元面s，等间距d等于水滴来流的微元来流高度；开启液滴喷雾系统，使该液滴喷雾系统沿水滴来流方向朝型材的外表面喷射水滴；在指定时间t之后停止液滴喷雾系统的水滴喷射；利用测量装置将形成在型材外表面上的霜冰的对应于横截面的冰型绘制成二维冰型图；根据等间距d将二维冰型图中的冰型划分成对应于型材的微元表面s的微元柱面，计算冰型的微元柱面的面积，从而计算型材的相应微元面s的实际局部水收集率W，则W=ds·ρi，ds为冰型的微元柱面的面积，ρi为冰型的微元柱面的霜冰密度。
【专利说明】局部水收集系数的试验测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种型材的局部水收集系数的试验测量方法，尤其是机翼翼型的局部水收集系数的试验测量方法。
【背景技术】
[0002]航空实践表明，飞机结冰是重要的飞行安全隐患之一，它成为了航空工业中必须关注的问题。飞机机翼的结冰状态与飞机机翼的局部水收集系数有关，该系数是机翼水滴撞击特性的重要内容，也是机翼防冰系统设计的重要设计输入参数。
[0003]目前，机翼前缘的局部水收集系数通常是通过计算流体力学软件来获取，虽然目前该计算方法已经比较成熟，但是作为飞机防冰系统等领域的重要设计输入，仍然需要试验来进行测量或者验证。局部水收集系数β是指微元表面上的实际水收集率与该微元表面上的理论最大水收集率之比，国际上对于其试验验证并没有成熟的测试设备。目前公认的美国国家航空航天局N A S A的方法是采用染色的方法，即将防冰部件表面覆盖一层吸水纸，染色溶液通过喷雾系统雾化成水滴喷在防冰试件表面，再将吸水纸从试件表面剥落后提取染料的量。数据的提取方法先后经历了比色计法、激光反射光谱法和C C D (chargecouple device)反射计法。从吸水纸中提取染料的物理/化学数据，数据处理过程较复杂，运用工程难度很大。
【发明内容】
[0004]为此，本发明要提供一种简便、快速的试验方法来获取型材、尤其是机翼翼型的局部水收集系数，同时能够获得比较精确的实际局部水收集率。
[0005]为此，提供一种获取型材的实际局部水收集率的测试方法，所述方法包括如下步骤:
[0006](I)在平行于水滴来流的方向，获取所述型材的横截面，在垂直于水滴来流的方向上，在该横截面的面对水滴来流的外表面上以等间距d获取微元面弧长作为型材外表面的微元面S，所述等间距d等于所述水滴来流的微元来流高度；
[0007](2)将所述型材放入一可模拟的环境中，启动试验，当该环境中的流场稳定后，开启液滴喷雾系统，使该液滴喷雾系统沿水滴来流方向朝所述型材的外表面喷射水滴，同时进行计时；
[0008](3)在指定时间t之后停止液滴喷雾系统的水滴喷射，此时在型材的外表面上形成霜冰；
[0009](4)利用测量装置将形成在型材外表面上的霜冰的对应于所述横截面的冰型绘制成二维冰型图；
[0010](5)根据等间距d将二维冰型图中的冰型划分成对应于型材的微元表面s的微元柱面，计算所述冰型的所述微元柱面的面积，从而计算所述型材的相应微元面s的实际局部水收集率W，则[0011 ] w=ds·Pi[0012]式中，
[0013]ds为冰型的微元柱面的面积，
[0014]P i为冰型的微元柱面的霜冰密度。
[0015]较佳地，在步骤(5)中，采用中线近似法计算所述微元柱面的面积，则
[0016] w=d·h·P j[0017]式中，
[0018]d为所述等间距，即冰型的对应于微元来流高度的微元柱面的宽度，
[0019]h为冰型的微元柱面的等效高度。
[0020]较佳地，在所述步骤(2)和(3)中，液滴喷雾系统喷射水滴满足如下条件:在低温环境下，水滴撞击在型材表面将不存在溢流，完全被所述表面所收集并形成所述霜冰。
[0021]较佳地，所述型材是飞机的机翼翼型，所述型材的外表面是所述翼型前缘的外表面。
[0022]较佳地，所述冰型的微元柱面的等效高度h为所述微元柱面的d/2中线处的高度。
[0023]较佳地，在所述步骤(4)中，利用冰型测量卡板将形成在型材外表面上的冰型绘制成二维冰型图。
[0024]较佳地，所述水滴来流方向垂直于所述机翼的展向。
[0025]较佳地，所述水滴来流方向垂直于所述机翼翼型的前缘的纵向延伸方向。
[0026]较佳地，所述水滴来流方向平行于所述飞机的飞行方向。
[0027]较佳地，所述水滴来流方向垂直于所述型材的外表面。
[0028]还提供一种获取型材的局部水收集系数的试验测量方法，包括如下步骤，
[0029](a)根据上述方法获得型材的实际局部水收集率W ;
[0030](b)在水滴来流的流速V、液态水含量LWC和测试时间t分别与权利要求1中的水滴来流的流速、液态水含量、水密度和测试时间相同的试验条件下，计算出微元来流高度上述的微元来流高度d的理论最大局部水收集率Wtl
[0031]w0=d.LffC.V.t
[0032](C)通过实际局部收集率W与理论最大收集率Wtl的比值计算得到局部水收集系数β
[OO33]
【权利要求】
1.一种获取型材的实际局部水收集率的测试方法，所述方法包括如下步骤: (1)在平行于水滴来流(30)的方向，获取所述型材的横截面，在垂直于水滴来流(30)的方向上，在该横截面的面对水滴来流(30)的外表面上以等间距d获取微元面弧长作为型材外表面的微元面S，所述等间距d等于所述水滴来流(30)的微元来流高度； (2)将所述型材放入一可模拟的环境中，启动试验，当该环境中的流场稳定后，开启液滴喷雾系统，使该液滴喷雾系统沿水滴来流(30)方向朝所述型材的外表面喷射水滴，同时进行计时； (3)在指定时间t之后停止液滴喷雾系统的水滴喷射，此时在型材的外表面上形成霜冰； (4)利用测量装置将形成在型材外表面上的霜冰的对应于所述横截面的冰型(40)绘制成二维冰型图； (5)根据等间距d将二维冰型图中的冰型(40)划分成对应于型材的微元面s的微元柱面，计算所述冰型(40)的所述微元柱面的面积，从而计算所述型材的相应微元面s的实际局部水收集率W，则
W=ds.P i 式中， ds为冰型(40)的微元柱面的面积， P i为冰型(40)的微元柱面的霜冰密度。
2.如权利要求1所述的局部水收集率的测试方法，其特征在于，在步骤(5)中，采用中线近似法计算所述微元柱面的面积，则
W=d.h.P i 式中， d为所述等间距，即冰型(40)的对应于微元来流高度的微元柱面的宽度， h为冰型(40)的微元柱面的等效高度。
3.如权利要求2所述的局部水收集率的测试方法，其特征在于，在所述步骤(2)和(3)中，液滴喷雾系统喷射水滴满足如下条件:在低温环境下，水滴撞击在型材表面将不存在溢流，完全被所述表面所收集并形成所述霜冰。
4.如权利要求3所述的局部水收集率的测试方法，其特征在于，所述型材是飞机的机翼翼型，所述型材的外表面是所述翼型前缘的外表面。
5.如权利要求4所述的局部水收集率的测试方法，其特征在于，所述冰型(40)的微元柱面的等效高度h为所述微元柱面的d/2中线处的高度。
6.如权利要求1所述的局部水收集率的测试方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，利用冰型测量卡板将形成在型材外表面上的冰型(40)绘制成二维冰型图。
7.如权利要求4或5所述的局部水收集率的测试方法，其特征在于，所述水滴来流 (30)方向垂直于所述机翼的展向。
8.如权利要求4或5所述的局部水收集率的测试方法，其特征在于，所述水滴来流方向垂直于所述机翼翼型的前缘的纵向延伸方向。
9.如权利要求4或5所述的局部水收集率的测试方法，其特征在于，所述水滴来流方向平行于所述飞机的飞行方向。
10.如权利要求1一 6中的任何一项所述的局部水收集率的测试方法，其特征在于，所述水滴来流方向垂直于所述型材的外表面。
11.一种获取型材的局部水收集系数的试验测量方法，包括如下步骤， Ca)根据权利要求1所述的方法获得型材的实际局部水收集率W ; (b)在水滴来流的流速V、液态水含量LWC和测试时间t分别与权利要求1中的水滴来流的流速、液态水含量和测试时间相同的试验条件下，计算出微元来流高度为权利要求1中的微元来流高度d的理论最大局部水收集率Wtl
12.如权利要求11所述的局部水收集系数的试验测量方法，其特征在于，在所述步骤Ca)中，用如权利要求2 - 10中任何一项权利要求所获得的实际局部水收集率W来计算局部水收集系数β。
13.如权利要求11或12所述的局部水收集系数的试验测量方法，其特征在于，该理论最大局部水收集率Wci通过冰风洞标定来验证其数据可靠性。
【文档编号】G01M9/00GK103759915SQ201410043799
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2014年1月29日
【发明者】曾飞雄, 霍西恒, 王大伟, 南国鹏, 李革萍, 白穆 申请人:中国商用飞机有限责任公司, 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院