机翼结冰冰形三维测量方法的研究与应用

发布时间：2020-06-12 02:24

【摘要】：飞机在飞行中,飞机机身表面的某些部位发生聚积冰层的现象称为飞机结冰。飞机机翼是飞机机身表面比较大的迎风面,飞行过程中机翼是最容易发生结冰现象的部位之一。飞机机翼结冰会改变飞机飞行的很多参数,如机翼表面气流、流线型形状等,对飞机的升力系数、翼型阻力系数、临界迎角等产生很大的影响。飞机机翼结冰破坏了飞机的气动性,使得飞机的操作性能下降,严重时会威胁飞机的安全。当飞机在不同的结冰环境下飞行时,机翼的表面会形成不同形状的冰形,常见的有角冰、粗糙冰、流向冰等。获取飞机在特定条件下的结冰冰形三维数据,无论在飞机设计阶段还是试航取证阶段都具有重要用途和意义,为飞机的除冰/防除冰设计提供了重要的数据依据。传统测量冰形的方法主要有两种:热刀法和铸模法,这两种方法为接触式测量方法,效率低、周期长、精度低。随着测量技术的发展,三维测量的方法越来越多的应用于冰形几何形状的测量,其具有精度高、效率高、操作性好等特点。本文基于对三维测量技术方法在冰形测量方面的应用进行了深入学习和研究,使用结构光三维扫描设备在结冰风洞内完成了角冰、粗糙冰、流向冰三种冰形的测量。本文主要完成的工作有:(1)研究了飞机机翼结冰原理、国内外机翼结冰冰形测量研究的发展与现状。(2)研究了双目立体视觉系统的基本原理以及基于变温、振动环境下双目立体视觉系统自标定的方法。(3)研究了低温环境(-20℃)下冰形三维测量方法的相关难点和关键点,并用相关实验进行了试验,为结冰风洞冰形测量做好准备。(4)在结冰风洞内利用结构光三维扫描设备完成了三种冰形三维形貌的测量,对扫描数据进行处理得到了STL、STP两类数据,并对两类数据进行了误差分析。
【图文】：

这三种结冰形式中，最为常见的是过冷水滴积冰，下面主要讨论过冷水滴在飞机表面结冰的原因。过冷水滴指在0℃以下仍呈液态的水滴。如图1-1所示不同的大气压条件下，水的物理性质会发生变化，标准大气压下水的结冰温度为0℃，随着压强的增大，图OB段表示结冰温度呈降低的趋势，从图中可以得出在某些温度低于0℃的云层中可能存在液态水。在实际的飞行条件下，不同海拔高度的大气压不同，海拔越高大气压越低。过冷水滴体积小，导致其表面的曲率较大，这种情况下的水滴会使得其表面张力对内部生成很大的压力，当过冷水滴内部的压强超过标准大气压（101.325kPa）时过冷水滴的结冰温度会高于0℃

5华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文图1-2 角冰冰形角冰具有以上的特点，其形成主要与气象条件有关。过冷水滴的直径大于20 m、温度低于冰点时容易形成角冰。过冷水滴的体积较大，其惯性也比较大，导致过冷水滴在飞机表面的结冰区域较大。加上该区域的环境温度比较高，飞机机翼表面的过冷水滴在结冰的过程中结冰潜热不容易释放，使得其结冰速度较慢，没有发生结冰的水滴在空气的动力作用下发生于机翼运动相反的位移，，并慢慢的结冰在机翼的表面，使得角冰在机翼表面的结冰范围较大。形成角状的原因是飞机的表面撞击到了过冷的水滴而水滴没有马上的结冰，没有结冰的水滴在气动力的作用下沿着冰形的表面向下游流动而产生回流，在这个过程中又慢慢的发生了结冰现象，导致某些结冰的部位冰层加厚
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：V244.15;V321.229

【参考文献】

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本文编号：2708865