[发明专利]一种翼型冰型特性快速评估数值模拟方法

说明书

本发明属于飞行器翼型冰型模拟技术领域，涉及一种翼型冰型特性快速评估数值模拟方法，包括：确定积冰模拟使用的翼型曲线，生成对应的翼型数据点；对翼型数据点进行网格划分，生成初始干净翼型的2.5D网格；求解2.5D网格的流场信息，以多节点并行方式，进行批处理求解计算，保存相应的流场求解数据；进行欧拉水滴轨迹计算，得到表面水滴收集分布；读取水滴收集分布，根据计算温度判别结冰类型，计算翼型前缘单次结冰结果，得到结冰后的翼型数据点，记录结冰时间为t；根据结冰时间计算条件，应满足n次结冰时间nt不小于总结冰时间T，符合则结束计算，反之重复步骤2‑步骤5，直至满足条件。解决了不能实现批量快速多次迭代冰型求解的问题。

技术领域

本发明属于飞行器翼型冰型模拟技术领域，具体涉及一种翼型冰型特性快速评估数值模拟方法。

背景技术

飞行器在穿越富含过冷水滴的云层，过冷水滴撞击并覆盖到低于零度的迎风表面上水滴的表面积突然增大，表面张力减小，内压降低导致水滴内部冰点升高，极易冻结成冰，明冰可使机翼升力下降35％，积冰严重时的飞行阻力相比光滑机翼可增加3倍之多，因此能够快速预测积冰形状对飞机的飞行安全非常重要，现有的技术多为单次求解迭代单个翼型的积冰外形，霜冰和角状明冰的模拟需要不同的网格思路，积冰计算每个部分均需要人工干预，单次计算积冰外形耗时较长，不同模块数据交互速度较慢，普适性差，不能实现批量快速多次迭代冰型求解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种翼型冰型特性快速评估数值模拟方法，解决了不能实现批量快速多次迭代冰型求解的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种翼型冰型特性快速评估数值模拟方法，包括以下步骤：

步骤1、确定积冰模拟使用的翼型曲线，生成对应的翼型数据点；

步骤2、对翼型数据点进行网格划分操作，分别对翼型数据点的前缘和后缘进行局部加密，根据y+小于1确定边界层第一层高度值，生成初始干净翼型的2.5D网格；

步骤3、求解2.5D网格的流场信息，使用Python更改流场计算控制参数，给定不同计算工况下的流场计算控制参数，以相同的边界条件、湍流模型和Co uple压力速度耦合的方式确定流场迭代，以多节点并行方式，进行批处理求解计算，保存相应的流场求解数据，用作结冰前后的数据对比，并输出流场文件用于结冰解耦计算；

步骤4、通过python框架建立积冰求解模块和流场文件的数据交互，以脚本的形式控制水滴参数，进行欧拉水滴轨迹计算，得到表面水滴收集分布；

步骤5、读取水滴收集分布，根据计算温度判别结冰类型，计算翼型前缘单次结冰结果，得到结冰后的翼型数据点，记录结冰时间为t；

步骤6、根据结冰时间计算条件，应满足n次结冰时间nt不小于总结冰时间T，符合则结束计算，反之将结冰后的翼型数据点返回至步骤2，重复步骤2-步骤5，直至满足条件。

进一步，步骤1中，通过翼型生成软件或在线翼型数据库输出对应的翼型数据点。

进一步，步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1、翼型曲线切分：读取翼型数据点，通过样条曲线绘制光滑翼型曲线，在曲线前缘点处切分为上下两部分，得到上翼型曲线和下翼型曲线；

步骤2.2、面网格生成：在上翼型曲线和下翼型曲线上均布多个网格节点，设置曲线起始两点的间距，细化前缘和后缘，设置第一层网格高度为10^-6m量级尺寸，以翼型曲线为基准，向外膨胀延伸，生成二维的面网格；

步骤2.3、2.5D网格绘制：将面网格沿展长方向拉伸单位长度，计算边界命名为远场、壁面和对称边界，完成2.5D网格用于流场计算。

进一步，步骤3中，流场计算控制参数包括速度、大气温度、攻角和壁面温度。