一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法，该方法包括以下步骤：S1、进入结冰计算流程；S2、采用预设方法计算空气流场，得到空气流场参数；S3、采用拉格朗日法建立水滴运动轨迹方程，得到冷液态水的收集系数；S4、采用Mesnger结冰热力学模型，计算结冰质量，得到冰的厚度；S5、退出结冰计算流程。有益效果：通过采用飞机结冰环境模拟的仿真方法，最终获得结冰的厚度的概率值，为飞行员提供合适的飞行情况，指导飞行员合理驾驶，使得在飞机结冰强度的预测上达到更高的精度，为飞行员在结冰气象环境下选择合适有效的驾驶操作提供指导，以提高飞机飞行的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法
本专利技术涉及环境模拟
，具体来说，涉及一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法。
技术介绍
当飞机在含过冷水滴的云层中飞行时，过冷水滴会在飞机部件迎风表面迅速冻结并累积成冰，严重威胁到飞机的飞行安全。轻度结冰会降低飞机的飞行性能，导致飞机升力下降、阻力增加，进而造成飞行姿态控制困难；严重结冰能导致飞机在小迎角下出现失速，甚至造成机毁人亡的惨剧。据资料统计，飞机在飞行中因结冰问题而导致空难事故的概率超过15％，近年来也多次发生因飞机结冰而造成的重大空难事故。因此，飞机结冰问题是飞机设计重点关注的问题之一。机场范围的气象预报主要靠机场气象部门提供，由于该预报的范围大且时间长，而且只能针对大气情况进行预报，而无法对局部区域地面飞机表面的结冰情况提供短时预报。例如2008年1月中下旬至2月初，我国中南方地区发生的大面积雨雪冰冻自然灾害，致使该地区的一些枢纽机场曾一度关闭，结果造成大面积的航班延误或者取消。因此单纯依靠机场气象部门提供的机场区域天气预报不能准确地预报出地面飞机表面的结冰情况。目前，机场地面服务部门仍采用人工目测的方法对地面飞机表面的结冰情况进行预报。由于这种预报方法人为因素较大，并且没有科学依据，因此很容易出现误报、漏报问题，结果极易引起飞行安全事故。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。r>为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法，包括该方法包括以下步骤：S1、进入结冰计算流程；S2、采用预设方法计算空气流场，得到空气流场参数；S3、采用拉格朗日法建立水滴运动轨迹方程，得到冷液态水的收集系数；S4、采用Mesnger结冰热力学模型，计算结冰质量，得到冰的厚度；S5、退出结冰计算流程。进一步的，所述进入结冰计算流程还包括以下步骤：S11、判断飞机是否穿越云；S12、确定所穿越的云的类型。进一步的，所述云的类型包括低云、中云及高云；其中，低云包括积雨云、积云、层积云、层云及雨层云；中云包括高层云及高积云；高云包括卷云、卷积云及卷层云。进一步的，所述空气流场参数包括但不限于网格结点坐标、压力值及密度。进一步的，所述采用预设方法计算空气流场，得到空气流场参数还包括以下步骤：S21、根据所穿越的云的类型得到云滴平均有效直径；S22、采用一维线性插值计算飞机所在飞行高度的温度；S23、判断温度是否为结冰温度范围。进一步的，所述采用拉格朗日法建立水滴运动轨迹方程，得到冷液态水的收集系数还包括以下步骤：采用过冷液态水估算公式计算飞机所在飞行高度的过冷液态水含量。进一步的，所述过冷液态水估算公式如下：积状云：；层状云：；；其中，为飞行高度，其气压高度为hPa；Qc为云底或抬升凝结高度上的饱和比湿，其单位为g/Kg；Qh为飞行高度层周围的饱和比湿，其单位为g/Kg；Th1为飞行高度层的温度，其单位为K；E单位为hPa；f为飞行高度层的大气相对湿度百分比；Th2为飞行高度层的温度，其单位为℃；Tc为云底温度，。进一步的，所述采用Mesnger结冰热力学模型，计算结冰质量，得到冰的厚度还包括以下步骤：S41、综合大气的环境温度、云中过冷水含量和云滴有效直径判断飞机是否结冰；S42、计算结冰的速度及强度，得到冰的厚度。本专利技术的有益效果为：通过采用飞机结冰环境模拟的仿真方法，最终获得结冰的厚度的概率值，为飞行员提供合适的飞行情况，指导飞行员合理驾驶，同时，采用拉格朗日法建立水滴运动轨迹方程，得到冷液态水的收集系数；采用Mesnger结冰热力学模型，计算结冰质量，得到冰的厚度，以达到合理地评估飞机在恶劣飞行气象下出现结冰的可能性程度及模拟出结冰的厚度，使得在飞机结冰强度的预测上达到更高的精度，为飞行员在结冰气象环境下选择合适有效的驾驶操作提供指导，以提高飞机飞行的安全性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术实施例的一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法的流程图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图，这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。根据本专利技术的实施例，提供了一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明，如图1所示，根据本专利技术实施例的用于飞机结冰环境模拟的仿真方法，包括该方法包括以下步骤：S1、进入结冰计算流程；S2、采用预设方法计算空气流场，得到空气流场参数；S3、采用拉格朗日法建立水滴运动轨迹方程，得到冷液态水的收集系数；S4、采用Mesnger结冰热力学模型，计算结冰质量，得到冰的厚度；S5、退出结冰计算流程。在一个实施例中，所述进入结冰计算流程还包括以下步骤：S11、判断飞机是否穿越云；S12、确定所穿越的云的类型。在一个实施例中，所述云的类型包括低云、中云及高云；其中，低云包括积雨云、积云、层积云、层云及雨层云；中云包括高层云及高积云；高云包括卷云、卷积云及卷层云；其中，根据云的类型、厚度、温度及其相伴的降水现象可知，积雨云和浓积云中积冰概率最大，通常会造成飞机强结冰；层积云、高积云、层云次之，通常会形成轻度结冰或中度结冰，且云上部结冰通常为中度结冰，积冰强度会随高度减弱；雨层云和高层云中积冰概率较小；卷状云中发生积冰的概率最小；其中，云状分类表如下表所示：在一个实施例中，所述空气流场参数包括但不限于网格结点坐标、压力值及密度。在一个实施例中，所述采用预设方法计算空气流场，得到空气流场参数还包括以下步骤：S21、根据所穿越的云的类型得到云滴平均有效直径；S22、采用一维线性插值计算飞机所在飞行高度的温度；S23、判断温度是否为结冰温度范围；其中，飞机可能发生结冰的温度范围为0~-40℃甚至更低的云温。飞机飞行高度在6000m以内时，在0~-20℃云中一般飞机结冰发生的概率约为80%，其中，在-2~-10℃云中飞行时飞机遭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nS1、进入结冰计算流程；/nS2、采用预设方法计算空气流场，得到空气流场参数；/nS3、采用拉格朗日法建立水滴运动轨迹方程，得到冷液态水的收集系数；/nS4、采用Mesnger结冰热力学模型，计算结冰质量，得到冰的厚度；/nS5、退出结冰计算流程。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、进入结冰计算流程；
S2、采用预设方法计算空气流场，得到空气流场参数；
S3、采用拉格朗日法建立水滴运动轨迹方程，得到冷液态水的收集系数；
S4、采用Mesnger结冰热力学模型，计算结冰质量，得到冰的厚度；
S5、退出结冰计算流程。


2.根据权利要求1所述的一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述进入结冰计算流程还包括以下步骤：
S11、判断飞机是否穿越云；
S12、确定所穿越的云的类型。


3.根据权利要求2所述的一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述云的类型包括低云、中云及高云；
其中，低云包括积雨云、积云、层积云、层云及雨层云；
中云包括高层云及高积云；
高云包括卷云、卷积云及卷层云。


4.根据权利要求1所述的一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述空气流场参数包括但不限于网格结点坐标、压力值及密度。


5.根据权利要求4所述的一种用于飞机结冰环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述采用预设方法计算空气流场，得到空气流场参数还包括以下步骤：
S21、根据所穿越的云的类型得到云滴平均有效直径；

【专利技术属性】
技术研发人员：孙天琪，
申请(专利权)人：江苏普旭科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32