一种除冰液喷射角度控制方法及系统技术方案

本发明专利技术属于飞机除冰技术领域，公开了一种除冰液喷射角度控制方法及系统。该方法采集环境气象参数、除冰液参数及除冰喷嘴配置参数，给定冰雪覆盖面积、喷嘴位置及初始角度；计算喷射角度变化范围，生成喷射角度集合；数值计算生成除冰液喷射过程中除冰液温度分布及流动轨迹；计算各喷射角度下所对应能耗值，生成喷射角

【技术实现步骤摘要】
一种除冰液喷射角度控制方法及系统


[0001]本专利技术属于飞机除冰
，尤其涉及一种除冰液喷射角度控制方法及系统。

技术介绍

[0002]飞机结冰是造成飞行事故的重要原因，飞机结冰会严重影响飞机的空气动力性能，导致飞机操稳品质下降，影响航空发动机安全性能和飞行安全。飞机如何进行有效快速地除冰一直是国内外机场在冬季关注的问题，为了减少和降低冰雪天气飞机结冰对飞行的影响，国内外的学者和专业人员，一直致力于对先进的飞机除冰技术的研究。
[0003]除冰嘴喷射除冰技术是一种通过喷射除冰液进行除冰的方法，也是目前采用最多的飞机除冰方式。将储液箱储存一定容量的除冰液，然后从除冰喷嘴直接喷击冰雪覆盖区域，使该区域的冰雪迅速与除冰液发生化学反应，达到除冰的目的。除冰喷嘴参数(温度、压力、流量)对除冰过程具有一定影响。在喷嘴处温度、压力、流量等参数一定时，喷射角度对除冰效率也有较大影响。除冰过程中由于除冰喷嘴喷射出的除冰液在空中多以抛物线的形式存在，随着喷射角度的改变，击中在覆冰位置的横向及纵向的速度分量也会随之变化；喷射角度的变化也会引起除冰液喷射过程中流体内部温度分布情况的改变；考虑流动与温度的协同关系，喷射角度的变化会引起除冰液与空气的换热效率的改变，影响除冰液在空中的热能损耗。因此，除冰喷嘴的喷射角度大小直接影响除冰的速度及除冰液的利用效率。
[0004]目前关于喷射角度的研究，着眼点多为除冰液击中目标位置后的力学行为及换热情况，少有关于除冰液在喷射过程暴露于空气中时与空气换热而产生能量损耗的研究，对于除冰喷嘴角度的确定优化方面的研究甚少。在实际飞机除冰操作中，喷嘴角度的设定也多基于操作人员的经验，目前尚未形成确定方法和较优的喷射角度配置方案。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0006](1)现有技术中，除冰嘴喷射过程中热量耗散大，除冰液利用率低。
[0007](2)现有技术中控制方法具有成本高、不易实施、抗干扰能力弱。
[0008](1)现有的除冰参数控制，对除冰液射流过程中所产生能耗的研究较少，导致了冗余的除冰液用量，造成了较低的除冰液利用率。
[0009](2)目前缺少一种针对除冰喷射角度，简单、合理、有效的控制方法，以致难以有效控制除冰喷射角度以提高除冰液的利用率。
[0010]本专利技术基于除冰喷射角度与除冰液射流能量损耗的协调关系，以降低因除冰液射流能耗过大而造成的除冰液浪费为目的，建立了除冰液喷射角度的优化控制方案。

技术实现思路

[0011]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种除冰液喷射角度控制方法及系统。具体涉及飞机除冰参数控制及飞机除冰成本控制领域，公开一种基于温度场
‑
流场耦合调变规律的除冰液喷射角度控制方案。本专利技术基于除冰喷射角度与除冰液射流能量损耗的协调关系，以降低因除冰液射流能耗过大而造成的除冰液浪费为目的，建立
了除冰液喷射角度的优化控制方案。
[0012]所述技术方案如下：除冰液喷射角度控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0013]S1，采集环境气象参数、除冰液参数及除冰喷嘴配置参数，给定冰雪覆盖面积、喷嘴位置及初始角度；
[0014]S2，计算喷射角度变化范围，生成喷射角度集合；
[0015]S3，数值计算生成除冰液喷射过程中除冰液温度分布及流动轨迹；
[0016]S4，计算各喷射角度下所对应能耗值，生成喷射角
‑
能耗值数据库；
[0017]S5，以能耗值最低为目标，在数据库中筛选出最优喷射角度。
[0018]在步骤S1中，所述环境气象参数包括温度T、相对湿度Φ，气压P、风速V
W
；除冰液参数包括：除冰液型号、配比，计算除冰液物性参数；物性参数包括密度ρ、导热系数H、比热容c
p
；除冰喷嘴配置参数包括温度、压力、流量。
[0019]在步骤S1中，所述给定冰雪覆盖面积、喷嘴位置及初始角度前，需检测机身冰雪覆盖物面积及范围界限，并通过以下公式计算喷射角度范围：
[0020][0021][0022][0023][0024]式中，θ为喷射角度，分别为喷射角度θ在三个维度的角度分量，X1，X2分别为初始位置到冰雪覆盖范围左右边界距离，Y1，Y2分别为初始位置到上下边界距离，a
min
，β
min
，γ
min
分别为喷射角度分量的最小值，a
max
，β
max
，γ
max
分别为喷射角度分量的最大值，D为除冰喷嘴喷距。
[0025]在步骤S1中，所述给定冰雪覆盖面积、喷嘴位置及初始角度包括：建立三维坐标系，给定喷嘴初始位置，设置喷嘴初始角度θ0(a0，β0，γ0)，根据机身冰雪覆盖范围界限，计算喷嘴三维旋转角度边界θ
b
(a
b
，β
b
，γ
b
)。
[0026]在步骤S2中，所述计算喷射角度变化范围，生成喷射角度集合包括：设定喷嘴旋转迭代步长，以喷嘴三维旋转角度边界为界限，生成喷射角度集合并贮存数据；
[0027]喷嘴三维旋转角度边界的计算方法包括：将机身表面冰雪覆盖范围与除冰液喷嘴位置进行空间重构，依据几何关系，计算得到三个角度分量的最大值和最小值，组合得到喷射角度范围θ
i
∈(θ
min
，θ
max
)；
[0028]喷射角度集合以如下方式构建：选择合适步长Δa，Δβ，Δγ，对三个角度分量取值范围进行离散，将所获得角度组成集合：
[0029]a
i
∈{a1，a2…
}
[0030]β
i
∈{β1，β2…
}
[0031]γ
i
∈{γ1，γ2…
}
[0032]式中，a
i
，β
i
，γ
i
分别为各喷射角度分量的集合，根据角度关系将角度分量集合组合成喷射角度集合：
[0033][0034]θ
i
∈{θ1，θ2…
}
[0035]式中，θ
i
为喷射角度的集合，表示在i列中a
i
喷射角度分量的集合，表示在j列中β
i
喷射角度分量的集合，表示在k列中γ
i
喷射角度分量的集合。
[0036]在一个实施例中，选取喷射角度集合中的角度θ
i
(α
i
，β
i
，γ
i
)，以喷射角度集合为输入参数，引入VOF模型及如下控制方程，通过数值模拟，生成该喷射角度下，除冰液喷射过程温度梯度和流动轨迹，计算温度梯度及速度矢量二者间的夹角记为能耗角Φ
i
，并统合各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种除冰液喷射角度控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1，采集环境气象参数、除冰液参数及除冰喷嘴配置参数，给定冰雪覆盖面积、喷嘴位置及初始角度；S2，计算喷射角度变化范围，生成喷射角度集合；S3，数值计算生成除冰液喷射过程中除冰液温度分布及流动轨迹；S4，计算各喷射角度下所对应能耗值，生成喷射角
‑
能耗值数据库；S5，以能耗值最低为目标，在数据库中筛选出最优喷射角度。2.根据权利要求1所述的除冰液喷射角度控制方法，其特征在于，在步骤S1中，所述环境气象参数包括温度T、相对湿度Φ，气压P、风速V
W
；除冰液参数包括：除冰液型号、配比，计算除冰液物性参数；物性参数包括密度ρ、导热系数H、比热容c
p
；除冰喷嘴配置参数包括温度、压力、流量。3.根据权利要求1所述的除冰液喷射角度控制方法，其特征在于，在步骤S1中，所述给定冰雪覆盖面积、喷嘴位置及初始角度前，需检测机身冰雪覆盖物面积及范围界限，并通过以下公式计算喷射角度范围：以下公式计算喷射角度范围：以下公式计算喷射角度范围：以下公式计算喷射角度范围：式中，θ为喷射角度，分别为喷射角度θ在三个维度的角度分量，X1,X2分别为初始位置到冰雪覆盖范围左右边界距离，Y1,Y2分别为初始位置到上下边界距离，a
min
,β
min
,γ
min
分别为喷射角度分量的最小值，a
max
,β
max
,γ
max
分别为喷射角度分量的最大值，D为除冰喷嘴喷距。4.根据权利要求1所述的除冰液喷射角度控制方法，其特征在于，在步骤S1中，所述给定冰雪覆盖面积、喷嘴位置及初始角度包括：建立三维坐标系，给定喷嘴初始位置，设置喷嘴初始角度θ0(a0,β0,γ0)，根据机身冰雪覆盖范围界限，计算喷嘴三维旋转角度边界θ
b
(a
b
,β
b
,γ
b
)。5.根据权利要求1所述的除冰液喷射角度控制方法，其特征在于，在步骤S2中，所述计算喷射角度变化范围，生成喷射角度集合包括：设定喷嘴旋转迭代步长，以喷嘴三维旋转角度边界为界限，生成喷射角度集合并贮存数据；喷嘴三维旋转角度边界的计算方法包括：将机身表面冰雪覆盖范围与除冰液喷嘴位置进行空间重构，依据几何关系，计算得到三个角度分量的最大值和最小值，组合得到喷射角度范围θ
i
∈(θ
min
,θ
max
)；喷射角度集合以如下方式构建：选择合适步长Δa,Δβ,Δγ，对三个角度分量取值范围进行离散，将所获得角度组成集合：
a
i
∈{a1,a2…
}β
i
∈{β1,β2…
}γ
i
∈{γ1,γ2…
}式中，a
i
,β
i
,γ
i
分别为各喷射角度分量的集合，根据角度关系将角度分量集合组合成喷射角度集合：θ
i
∈{θ1,θ2…
}式中，θ
i
为喷射角度的集合，表示在i列中a
i
喷射角度分量的集合，表示在j列中β
i
喷射角度分量的集合，表示在k列中γ
i
喷射角度分量的集合。6.根据权利要求5所述的除冰液喷射角度控制方法，其特征在于，选取喷射角度集合中的角度θ
i
(α
i
,β
i
,γ
i
)，以喷射角度集合为输入参数，引入VOF模型及如下控制方程，通过数值模拟，生成该喷射角度下，除冰液喷射过程温度梯度和流动轨迹，计算温度梯度及速度矢量二者间的夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨广峰，崔静，苏春伟，郜峰，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：