飞机结冰冰形测量方法研究进展.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb252017Vol38No．2SSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．CFIhkxb@buaaeducn飞机结冰冰形测量方法研究进展易贤1，王斌2，李伟斌1’*，郭龙31．中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室，绵阳6210002．中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所，绵阳6210003．中国空气动力研究与发展中心低速空气动力学研究所，绵阳621000摘要：不同气象环境下飞机部件的结冰外形是飞机结冰研究不可缺少的内容，它

2、对开展结冰气动分析、结冰防护设计、结冰飞行操作和结冰适航取证等研究具有重要意义。结合国内外冰形测量技术发展现状，从接触测量方法和非接触测量方法两个方面分别介绍了现有冰形测量技术的操作流程及测量原理，系统分析总结了各自存在的优缺点。在此基础上，结合飞机结冰和结冰风洞试验的特点，归纳了冰形测量技术下一步发展面临的挑战，包括全类型结冰的精确测量、结冰全貌三维测量和结冰生长过程实时测量等，同时，从基础测量手段与数值计算融合发展的角度，展望了冰形测量方法未来的发展趋势。关键词：飞机结冰；结冰风洞；冰形测量；接触测量；非接触测量中图分类号：V211．71文献标识码：A文章编号：1000

3、6893(2017)02—520700—12飞机结冰广泛存在于飞行实践中并对飞行安全造成威胁[1。3]。研究飞机部件在不同气象环境下的结冰外形，是飞机结冰研究的重要内容[4]。获得结冰外形主要有3种途径[5]：①仿真计算；②飞行试验；③地面模拟试验。其中，仿真计算是通过数值模拟的手段，分别求解飞机的绕流流场、水滴运动与撞击特性、传热和相变过程等获得结冰外形[6J，随着计算机技术和计算流体力学技术的发展，仿真计算已经成为结冰研究的重要手段，但由于对结冰机理认识还不够深入，尤其是对过冷水滴撞击在飞机表面之后的耦合相变的复杂传质传热过程缺乏足够精确的描述，某些条件下仿真计算尚不能

4、获得准确的冰形口]。飞行试验是通过让飞机在真实结冰条件下飞行的方式进行结冰研究，飞行试验虽然可以直接得到结冰外形，但由于机载设备还不能完全准确测量结冰环境参数，飞行试验得到的冰形往往没有足够准确的结冰输入条件与之对应，因此，飞行试验多用于验证防除冰系统的性能或评估结冰飞行的安全。地面模拟试验是指在地面人工制造结冰环境，对结冰问题进行研究，通常是在结冰风洞内进行M’8j，相对于仿真计算和飞行试验，结冰风洞试验可以用相对较低的成本得到定量的结果，是获取结冰外形的主要手段。与传统风洞试验输出气动力或热的数据不同，结冰风洞的冰形试验需要输出冰的几何外形，由于结冰环境的特殊性以及结冰

5、类型的复杂性，结冰冰形的测量方法一直是开展结冰风洞试验研究的关键技术之一。从结冰风洞诞生伊始，冰形测量方法就应运而生并不断发展，遗憾的是，至今收稿日期：2016—08—23；退修El期：2016—09—18；录用El期：2016—10—26：网络出版时间：2016—11—0815：23网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929V201611081523．002htmI基金项目：国家自然科学基金(11172314，11602292)；国家“973”计划(201508755800)*通讯作者．E—mail：liweibin@nudteducn引用

6、格式：易臀，王斌．李伟斌，等飞机结冰冰影测量方法研究进展iJ]．航空学报，2017．38(2)：520700YIX．WANGB，LIWB．efalResearchprogressoniceshapemeasurementapproachesforaircrafticingfJJActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2017，38(2)；520700520700．1航空学报尚未有一种足够完美的方法，这也使得冰形测量方法还处于不断研究和发展之中。根据所采用的技术手段不同，结冰测量方法可分为传统方法、基于图像的方法和基于激光的测量方法；根据所获取

7、的结冰外形几何维数，可分为二维方法和三维方法；根据测量方式的不同，可分为接触式和非接触式。本文将对现有冰形测量方法的原理及优缺点进行系统总结，并对开展冰形测量研究面临的挑战以及下一步发展方法进行归纳和展望。1获取结冰冰形的用途及意义冰形测量实质上是对结冰几何外形的量化描述，根据冰形用途的不同，可以采用精度和效率不同的测量方法。获取飞机在特定条件下的结冰冰形，无论在飞机设计阶段还是适航取证阶段，都具有重要用途和意义。1)结冰气动分析的前提影响飞机结冰的因素众多，归结起来包括3类：气象因素、飞行状态和飞机外形[1“J。