【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结冰与防除冰试验，尤其涉及一种基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法。
技术介绍
1、结冰包括沉积结冰（precipitation icing）和过冷水滴结冰（in cloud icing）两种形式。其中，沉积结冰主要由冻雨和湿雪引起；过冷水滴结冰主要由过冷水滴撞击在物体表面所引起，如飞机结冰、风力机结冰等。过冷水滴结冰是低温气象条件下常见结冰形式，其结冰现象与过冷水滴撞击特性直接相关。
2、水滴撞击特性参数具体包括水滴撞击极限、总水收集系数和局部水收集系数等。水滴收集系数定义为物体表面某局部区域实际所收集的水量与该区域可能收集的水量最大值之比，它表征了部件表面的水滴撞击范围以及撞击区域内水量的分布，是评估飞机等结冰防护系统效能评估和优化设计的关键参数。
3、水滴收集系数计算主要有两种方法，一种是拉格朗日法，即利用拉格朗日的观点，计算跟踪流场中单个水滴的运动，并判断其是否与物面碰撞，从而得到物面各处的水滴收集量及其分布；另一种是欧拉法，该方法将水滴看作与空气单向作用的、在空间连续分布的液态相，通过流体力学的观点求解水滴相的控制方程，得到绕流场中水滴的分布，进而获得水滴收集系数。两种方法都必须在得到空气流场分布的基础上进行，计算难度大，准确度也有待进一步验证。
4、迄今为止，水滴撞击研究主要集中在以下两方面：一是基于理论模型的数值模拟计算；二是基于结冰风洞的试验方法研究。研究者对于水滴撞击数值模拟研究较多，技术也比较成熟，但通过试验对数值计算结果进行验证，也是十分有必要的。此外，
技术实现思路
1、本专利技术公开了一种基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，以解决相关技术中缺乏试验对数值计算获得的水滴收集系数进行验证的技术问题。
2、为了解决上述问题，本专利技术采用下述技术方案：
3、本专利技术基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，包括如下步骤：
4、s100、将染色剂与去离子水混合，获得染色溶液；
5、s200、将染色溶液添加至风洞喷雾系统，经风洞喷嘴雾化形成雾化水滴；
6、s300、开展风洞预实验，利用雾化水滴撞击固定在试验段的感水纸，根据感水纸浸润程度控制风洞喷雾时间；
7、s400、设置多个试验条件，分别获得不同试验条件下的感水纸样品；
8、s500、采用色谱分析原理和/或图像色度识别方法对感水纸样品进行分析处理，获得感水纸含水量与色度值关联曲线；
9、s600、将感水纸粘贴在待测试验模型上，进行水滴撞击特性捕获试验，获取待测感水纸并测定其色度值参数，而后基于感水纸含水量与色度值关联曲线提取所述待测感水纸的含水量分布，并依此计算水滴撞击特性参数。
10、根据一个可选的实施方式，步骤s500中，还包括如下步骤：
11、s510、判断感水纸含水量变化与色度值参数dl、da和db的相关性，确定与感水纸含水量变化最相关的色度值参数；
12、s520、基于确定的与感水纸含水量变化最相关的色度值参数，建立感水纸含水量与所述色度值参数的关联曲线。
13、根据一个可选的实施方式，对感水纸含水量与dl进行三次抛物线拟合，获得感水纸含水量与dl的函数关系表达式：
14、；
15、上式中，y为感水纸含水量，单位为g/cm2；x为感水纸dl值；a0、a1、a2、a3为多项式拟合系数，a0、a1、a2、a3满足：
16、。
17、根据一个可选的实施方式，确定感水纸色度的dl值时，包括如下步骤：使用rgb颜色传感器采集待测样品图样的rgb值，将rgb值转换为dl值。
18、根据一个可选的实施方式，步骤s300包括如下步骤：
19、s310、将感水纸进行平整展开，并固定在结冰风洞的试验段内；
20、s320、将混有染色剂的雾化水滴撞击在粘贴在试验模型上所述感水纸上，获得水滴撞击后的感水纸样品；
21、s330、根据撞击后的感水纸，获得彩色感水图像；
22、s340、将撞击后的感水纸分割成块状，并观察块状感水纸的横截面，获得染色剂的渗透水平；
23、s350、根据所述彩色感水图像和染色剂的渗透水平设置喷雾时间。
24、根据一个可选的实施方式，所述喷雾时间小于或等于所述感水纸吸水能力到过饱和的时间。
25、根据一个可选的实施方式，步骤s600中，基于所述待测感水纸的含水量分布，计算水滴收集系数。
26、根据一个可选的实施方式，计算水滴收集系数，包括如下步骤：
27、s610、将所述待测感水纸分区，并获取各区域的图像面积和色度值；
28、s620、基于感水纸含水量与色度值关联曲线、以及待测感水纸的色度值参数，确定所述待测感水纸各区域的含水量；
29、s630、基于所述待测感水纸各区域的含水量，确定水滴撞击范围，并计算各区域水滴局部水收集系数。
30、根据一个可选的实施方式，水滴撞击范围通过感水纸图像和/或含水量分布确定；
31、局部水收集系数采用下式确定：
32、；
33、其中，为局部水收集系数，为单位时间内待测区域实际收集水量，为单位时间内待测区域最大可能收集水量。
34、根据一个可选的实施方式，单位时间内待测区域实际收集水量采用下式确定：
35、；
36、其中，为单位时间内待测区域实际收集水量，为测定的感水纸单位面积含水量，为试验过程中风洞喷雾时间；
37、单位时间内待测区域最大可能收集水量采用下式确定：
38、；
39、其中，q为风洞来流中雾化液滴质量流量，为风洞试验段内雾化液滴空间内分布系数，s为同一分布系数下的空间分布面积。
40、本专利技术采用的技术方案能够达到以下有益效果：
41、本专利技术基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，预先通过多组试验获得感水纸含水量与色度值关联曲线，而后通过获取待测样品的色度值，可确定待测样品含水量，依据此方法，可获得感水纸彩色图样中任意点和/或任意分区的含水量，从而可基于获得的含水量计算任意点和/或任意分区的水滴收集系数，为飞机机翼、发动机进气道前缘水滴撞击特性研究提供关键输入。第二方面，相比于传统仿真模拟获得的水滴收集系数，本专利技术通过在风洞内开展水滴撞击特性捕获试验，该种方式获得的水滴收集系数更接近于真实值。第三方面，通过本专利技术计算得出的水滴收集系数，还可对仿真模拟获得的水滴收集系数进行验证，解决了相关技术中缺乏试验对数值模拟计算获得的水滴收集系数进行验证的技术问题。
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1.一种基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，步骤S500中，还包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，对感水纸含水量与dL进行三次抛物线拟合，获得感水纸含水量与dL的函数关系表达式：
4.根据权利要求3所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，确定感水纸色度的dL值时，包括如下步骤：使用RGB颜色传感器采集待测样品图样的RGB值，将RGB值转换为dL值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，步骤S300包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，所述喷雾时间小于或等于所述感水纸吸水能力到过饱和的时间。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，步骤S600中，基于所述待测感水纸的
8.根据权利要求7所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，计算水滴收集系数，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，水滴撞击范围通过感水纸图像和/或含水量分布确定；
10.根据权利要求9所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，单位时间内待测区域实际收集水量采用下式确定：
...【技术特征摘要】
1.一种基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，步骤s500中，还包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，对感水纸含水量与dl进行三次抛物线拟合，获得感水纸含水量与dl的函数关系表达式：
4.根据权利要求3所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，确定感水纸色度的dl值时，包括如下步骤：使用rgb颜色传感器采集待测样品图样的rgb值，将rgb值转换为dl值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于感水纸与染色剂的水滴撞击特性捕获方法，其特征在于，步骤s300包括如下步骤：
...【专利技术属性】
技术研发人员：熊浩，王桥，左承林，易贤，李维浩，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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