基于阵列式压电振动频谱衰减的结冰区域定位研究

为克服传统结冰传感器无法实现翼面大范围多区域结冰探测问题,提出了一种基于灰度重心法的多结冰区域定位方法。该方法通过采集结冰前后压电阵列的振动谱,提取频谱幅值衰减率作为定位特征值,并结合基于多点结冰概率检测的重构算法和灰度重心法计算得到多个结冰区域的中心坐标,实现对平面或曲面上多个结冰区域的定位。当扫频频率范围0.5~5 kHz时,在70 mm直径的结冰条件下,铝板单结冰区域定位平均误差为27.4 mm,两结冰区域定位平均误差为29.04 mm;翼面结冰横向定位平均误差为22.6 mm。为了进一步提高定位精度,提出了一种基于小波包分解的敏感频带选择的特征提取方法。优化后的实验结果表明,铝板单结冰区域定位精度提高了34.59%,定位误差波动程度降低了45.67%,翼面结冰的横向定位精度提高了54.87%,横向定位误差波动程度降低了46.63%,实现了较高精度的多结冰区域定位探测,为面式结冰探测提供了一种新思路。

基于压电阵列的结冰三维成像方法研究

针对传统的单点结冰传感器无法获取飞机翼面多维度结冰信息的问题,利用压电换能器阵列采集铝板振动频谱信息,通过提取振动频谱的衰减和信号差异特征,实现了结冰位置、区域信息、结冰厚度的测量以及多点覆冰的三维重构。首先,分析冰厚和面积对结冰定位精度的影响;其次,通过定义准确率和偏差率2个评价指标,来确定最优区域识别效果的参数值;最后,通过冰厚试验标定了信号差异系数与冰厚之间的关系曲线,并据此反演出结冰三维成像结果。实验结果表明:基于平行线布局的压电阵列结冰探测系统能够完成多点结冰三维重构,为实现飞机结冰三维成像提供了新的思路。

基于阻抗测量阵列的区域结冰探测方法研究

针对飞机等大翼展结构的结冰探测需求,基于薄膜式阻抗测量阵列进行区域结冰探测方法研究。依据弛豫极化原理,结合有限元仿真手段,对不同结构特征复阻抗测量电极的结冰探测灵敏度进行建模分析,明确电极形态的优化设计原则与适用场景。针对冰介电特性随温度漂移造成的冰厚测量偏差问题,结合冰介电损耗特性与温度间的关系,提出阻抗冰厚测量的温度漂移自校正模型,实验结果表明该模型可将温漂导致的测量误差减少约77%。在此基础上,建立薄膜式阻抗测量阵列的区域结冰探测方法,分析阵列中L型和T型电极布局的冰厚测量误差来源,并在多组区域覆冰实验中较完整地反演了真实覆冰场景,实验中冰厚测量平均误差低于0.27 mm,具有一定工程应用价值。

某全机模型的水滴撞击特性分析

飞机结冰会对其飞行造成巨大隐患。应用Fensap软件,使用CFD计算方法,采用Spalart-Allmaras湍流模型对德国宇航中心(DLR)某型飞机的三维模型进行气动及水滴撞击特性分析。通过控制变量的方法,确定环境参量对水滴撞击特性的影响。结果表明:飞机速度增大,局部水收集系数减小;水滴直径减小,局部水收集效率也减小。

The effects of giant cloud condensation nuclei on the structure of precipitation in hailstorm clouds

The Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) has been used to investigate the effects of varied giant cloud condensation nuclei (GCCN) concentrations on precipitation characteristics of the spring hailstorms in a semi-arid region. The simulation result shows that this variation has significant effects on the storm microphysical processes as well as on the surface precipitation. The coverage of hail and hail mixing ratio maxima in cloud increases with greater GCCN concentrations. The accumulation zone structure benefits the growth of hail particles. Higher GCCN concentrations lead to more supercooled rain water and cloud water available for freezing. This simulation also shows that increasing GCCN concentrations may produce more rainfall on the surface but less hail precipitation, and the total accumulated precipitation increases while the ice phase precipitation decreases. This effect is stronger in polluted air than in clean air. The surface flow field changes with different GCCN concentrations. The identification index of spring hailstorm is different from that of summer hailstorm with a different aerosol background.