测量空气动力表面的水滴收集系数的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于测量空气动力表面的水滴收集系数的方法和系统。包括：在特定速度和特定温度的干空气下，以第一功率密度加热所述空气动力表面至预定外表面温度；在所述特定速度和所述特定温度的湿空气下，以第二功率密度加热所述空气动力表面至所述预定外表面温度，所述湿空气具有特定液态水含量；以及基于所述特定速度、所述特定温度、所述液态水含量、所述第一功率密度、所述第二功率密度和所述预定外表面温度，获取所述空气动力表面的所述水滴收集系数。本发明专利技术的方法和系统能够连续的测量任何状态下的空气动力表面的水滴收集系数，特别是用于测量飞机的空气动力表面(例如，机翼、发动机进气口等)的水滴收集系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量空气动力表面的水滴收集系数的方法和系统。
技术介绍
在进行防冰或结冰仿真分析时，需要求解水蒸发散热、加热过冷水滴所需热流和水滴动能转变的热流，三项热流需要求解撞击到表面的撞击水量，撞击水量需要求解该表面水滴收集系数。其中，撞击水量为水滴收集系数β、空气速度V0和空气中的液态水含量LWC的函数。为验证计算软件或程序计算的水滴收集系数的准确性，需要通过试验对水滴收集系数进行测量。已知的水滴收集系数方法为吸墨纸染色法。将吸墨纸布置在测量表面，水滴撞击多的区域吸墨纸颜色较黑，水滴撞击少的区域颜色较浅。根据色卡查得撞击水量，然后根据撞击水量和测量时间得到水滴收集系数。在参考文献“C.S.Bidwell，Cleveland，OH.，S.R.Mohler，Jr.etc..‘Collection Efficiency and Ice Accretion Calculations for a Sphere，a Swept MS(1)-317Wing，a Swept NACA-0012Wing Tip，an Axisymmetric Inlet，and a Boeing737-300Inlet’AIAA-95-0755”中采用该方法在美国国家航空航天局(NASA)的LEWIS冰风洞分别对球体、MS-317翼型、NACA-0012翼型、一种对称发动机进气口和B737-300发动机进气口，测量了各自的水滴收集系数，来验证LEWICE3D程序计算水滴收集系数的准确性。吸墨纸染色方式操作简单，但受制于吸墨纸吸水能力的限制，对液态水含量较大的湿空气，短时间内吸墨纸过饱和，以至于无法准确测量。并且在每一状态下，需要更换吸墨纸，因此无法对不同状态进行连续测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测量空气动力表面的水滴收集系数的方法，该方法能够连续的测量任何状态下的空气动力表面的水滴收集系数，特别是用于测量飞机的空气动力表面(例如，机翼、发动机进气口等)的水滴收集系数。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于测量空气动力表面的水滴收集系数的方法，所述方法包括以下步骤：在特定速度和特定温度的干空气下，以第一功率密度加热所述空气动力表面至预定外表面温度；在所述特定速度和所述特定温度的湿空气下，以第二功率密度加热所述空气动力表面至所述预定外表面温度，所述湿空气具有特定液态水含量；以及基于所述特定速度、所述特定温度、所述液态水含量、所述第一功率密度、所述第二功率密度和所述预定外表面温度，获取所述空气动力表面的所述水滴收集系数。在一个实施例中，所述第一功率密度为统一值，所述第二功率密度为分布，所述预定外表面温度为分布。在另一个实施例中，所述第一功率密度为分布，所述第二功率密度为分布，所述预定外表面温度为统一值。所述预定外表面温度被设置为以使得撞击到所述空气动力表面的过冷水在撞击处完全蒸发。例如，所述预定外表面温度大于40℃。有利地，所述获取步骤包括：-基于所述第二功率密度qs和所述第一功率密度qg，并根据下式，计算功率密度增量ΔqΔq＝qs-qg；-基于所述功率密度增量Δq、所述预定外表面温度ts、所述特定温度t0和所述特定速度V0，并根据下式，计算撞击水量WW=κ×ΔqCw×(ts-t0)+Le-V022;]]>其中所述κ为有效系数，表征传递到所述空气动力表面的功率密度与加热功率密度的比值，所述Cw为水的比热，所述Le为水的蒸发潜热；-基于所述撞击水量W、所述液态水含量LWC和所述特定速度V0，并根据下式，计算所述水滴收集系数ββ=WLWC×V0.]]>根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于测量空气动力表面的水滴收集系数的系统，所述系统包括：加热器组件，其设置在所述空气动力表面上，并且被配置为加热所述空气动力表面；温度传感器组件，其设置在所述空气动力表面上，并且被配置为测量所述空气动力表面的外表面温度；以及控制器，其分别耦接至所述加热器组件和所述温度传感器组件，并且被配置为：基于所述温度传感器组件的反馈，控制所述加热器组件在特定速度和特定温度的干空气下，以第一功率密度加热所述空气动力表面至预定外表面温度；调整所述加热器组件的功率密度，并且在所述特定速度和所述特定温度的湿空气下，以第二功率密度加热所述空气动力表面至所述预定外表面温度，所述湿空气具有特定液态水含量；以及基于所述特定速度、所述特定温度、所述液态水含量、所述第一功率密度、所述第二功率密度和所述预定外表面温度，计算所述空气动力表面的所述水滴收集系数。在一个实施例中，所述第一功率密度为统一值，所述第二功率密度为分布，以及所述预定外表面温度为分布。在另一个实施例中，所述第一功率密度为分布，所述第二功率密度为分布，所述预定外表面温度为统一值。有利地，所述加热器组件包括贴附在所述空气动力表面的内表面上的一组加热器，所述温度传感器组件包括贴附在所述空气动力表面的外表面上的一组温度传感器，并且各个温度传感器被对应安装在各个加热器的中心位置。以上描述的两种加热模式仅是实现本专利技术的专利技术目的的两个实施例，可以理解的是，本专利技术的加热模式并不限于上述的特定方式。有利地，所述控制器被配置为单独地调整所述一组加热器中的每一个加热器的功率密度。有利地，所述系统还包括：绝缘层，其位于所述空气动力表面和所述加热器组件之间；绝热层，其位于所述加热器组件内表面。附图说明本专利技术的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，附图中，相同的附图标记标识相同或相似的部件，其中：图1示出了根据本专利技术的一个实施例的空气动力表面的示意图；图2示出了根据本专利技术的一个实施例的测量空气动力表面的水滴收集系数的系统。具体实施方式下面具体描述根据本专利技术的测量空气动力表面的水滴收集系数的系统的结构特征、工作原理及工作过程。在这里，示例的结构设计图仅用于便于理解本专利技术，而非对本专利技术的结构特征作出具体限定。此外，在下面的具体描述中，方向性的术语，例如上、下、顶部等均参考附图中描述的方向使用，这些方向性的术语仅用于示例而非限制。因此，示例的结构设计图及以下描述本专利技术所结合的实施例并不旨在穷尽根据本专利技术的所有实施例。图1示出了根据本专利技术的一个实施例的空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量空气动力表面的水滴收集系数的方法，所述方法包括以下步骤：‑在特定速度和特定温度的干空气下，以第一功率密度加热所述空气动力表面至预定外表面温度；‑在所述特定速度和所述特定温度的湿空气下，以第二功率密度加热所述空气动力表面至所述预定外表面温度，所述湿空气具有特定液态水含量；‑基于所述特定速度、所述特定温度、所述液态水含量、所述第一功率密度、所述第二功率密度和所述预定外表面温度，获取所述空气动力表面的所述水滴收集系数。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量空气动力表面的水滴收集系数的方法，所述方
法包括以下步骤：
-在特定速度和特定温度的干空气下，以第一功率密度加热所
述空气动力表面至预定外表面温度；
-在所述特定速度和所述特定温度的湿空气下，以第二功率密
度加热所述空气动力表面至所述预定外表面温度，所述湿空气具有
特定液态水含量；
-基于所述特定速度、所述特定温度、所述液态水含量、所述
第一功率密度、所述第二功率密度和所述预定外表面温度，获取所
述空气动力表面的所述水滴收集系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定外表面
温度被设置为以使得撞击到所述空气动力表面的过冷水在撞击处完
全蒸发。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取步骤包
括：
-基于所述第二功率密度qs和所述第一功率密度qg，并根据下
式，计算功率密度增量Δq
Δq＝qs-qg；
-基于所述功率密度增量Δq、所述预定外表面温度ts、所述特
定温度t0和所述特定速度V0，并根据下式，计算撞击水量W
W=κ×ΔqCw×(ts-t0)+Le-V022;]]>其中所述κ为有效系数，表征传递到所述空气动力表面的功
率密度与加热功率密度的比值，所述Cw为水的比热，所述Le为水的
蒸发潜热；
-基于所述撞击水量W、所述液态水含量LWC和所述特定速
度V0，并根据下式，计算所述水滴收集系数β
β=WLWC×V0.]]>4.一种用于测量空气动力表面的水滴收集系数的系统，所述系
统包括：
加热器组件，其设置在所述空气动力表面上，并且被配置为加热
所述空气动力表面；
温度传感器组件，其设...

【专利技术属性】
技术研发人员：史献林，徐佳佳，杨胜华，
申请(专利权)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，
类型：发明
国别省市：上海;31