【摘要】：飛機在飛行中,飛機機身表面的某些部位發(fā)生聚積冰層的現象稱為飛機結冰。飛機機翼是飛機機身表面比較大的迎風面,飛行過程中機翼是最容易發(fā)生結冰現象的部位之一。飛機機翼結冰會改變飛機飛行的很多參數,如機翼表面氣流、流線型形狀等,對飛機的升力系數、翼型阻力系數、臨界迎角等產生很大的影響。飛機機翼結冰破壞了飛機的氣動性,使得飛機的操作性能下降,嚴重時會威脅飛機的安全。當飛機在不同的結冰環(huán)境下飛行時,機翼的表面會形成不同形狀的冰形,常見的有角冰、粗糙冰、流向冰等。獲取飛機在特定條件下的結冰冰形三維數據,無論在飛機設計階段還是試航取證階段都具有重要用途和意義,為飛機的除冰/防除冰設計提供了重要的數據依據。傳統(tǒng)測量冰形的方法主要有兩種:熱刀法和鑄模法,這兩種方法為接觸式測量方法,效率低、周期長、精度低。隨著測量技術的發(fā)展,三維測量的方法越來越多的應用于冰形幾何形狀的測量,其具有精度高、效率高、操作性好等特點。本文基于對三維測量技術方法在冰形測量方面的應用進行了深入學習和研究,使用結構光三維掃描設備在結冰風洞內完成了角冰、粗糙冰、流向冰三種冰形的測量。本文主要完成的工作有:(1)研究了飛機機翼結冰原理、國內外機翼結冰冰形測量研究的發(fā)展與現狀。(2)研究了雙目立體視覺系統(tǒng)的基本原理以及基于變溫、振動環(huán)境下雙目立體視覺系統(tǒng)自標定的方法。(3)研究了低溫環(huán)境(-20℃)下冰形三維測量方法的相關難點和關鍵點,并用相關實驗進行了試驗,為結冰風洞冰形測量做好準備。(4)在結冰風洞內利用結構光三維掃描設備完成了三種冰形三維形貌的測量,對掃描數據進行處理得到了STL、STP兩類數據,并對兩類數據進行了誤差分析。
【圖文】：

這三種結冰形式中，最為常見的是過冷水滴積冰，下面主要討論過冷水滴在飛機表面結冰的原因。過冷水滴指在0℃以下仍呈液態(tài)的水滴。如圖1-1所示不同的大氣壓條件下，水的物理性質會發(fā)生變化，標準大氣壓下水的結冰溫度為0℃，隨著壓強的增大，圖OB段表示結冰溫度呈降低的趨勢，從圖中可以得出在某些溫度低于0℃的云層中可能存在液態(tài)水。在實際的飛行條件下，不同海拔高度的大氣壓不同，海拔越高大氣壓越低。過冷水滴體積小，導致其表面的曲率較大，這種情況下的水滴會使得其表面張力對內部生成很大的壓力，當過冷水滴內部的壓強超過標準大氣壓（101.325kPa）時過冷水滴的結冰溫度會高于0℃

5華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文圖1-2 角冰冰形角冰具有以上的特點，其形成主要與氣象條件有關。過冷水滴的直徑大于20 m、溫度低于冰點時容易形成角冰。過冷水滴的體積較大，其慣性也比較大，導致過冷水滴在飛機表面的結冰區(qū)域較大。加上該區(qū)域的環(huán)境溫度比較高，飛機機翼表面的過冷水滴在結冰的過程中結冰潛熱不容易釋放，使得其結冰速度較慢，沒有發(fā)生結冰的水滴在空氣的動力作用下發(fā)生于機翼運動相反的位移，，并慢慢的結冰在機翼的表面，使得角冰在機翼表面的結冰范圍較大。形成角狀的原因是飛機的表面撞擊到了過冷的水滴而水滴沒有馬上的結冰，沒有結冰的水滴在氣動力的作用下沿著冰形的表面向下游流動而產生回流，在這個過程中又慢慢的發(fā)生了結冰現象，導致某些結冰的部位冰層加厚
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：V244.15;V321.229

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 孟繁鑫;陳維建;梁青森;張大林;;引射式結冰風洞內圓柱結冰試驗[J];航空動力學報;2013年07期

2 葉聲華,邾繼貴,王仲,楊學友;視覺檢測技術及應用[J];中國工程科學;1999年01期

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1 鐘凱;基于多視相移框架的動態(tài)物體三維面形測量技術與系統(tǒng)研究[D];華中科技大學;2013年

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1 姚若鵬;翼型的結冰數值模擬及相關控制研究[D];南京航空航天大學;2012年

本文編號：2708865