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传感器结冰特性及其影响规律试验研究

丁亮 胡站伟 郭向东 石雅楠 易贤

肖应超, 汤海滨, 刘宇等 . 集气腔总压对电弧喷射推力器工作过程的影响[J]. 北京航空航天大学学报, 2005, 31(09): 1031-1035.
引用本文: 丁亮,胡站伟,郭向东,等. 传感器结冰特性及其影响规律试验研究[J]. 北京航空航天大学学报,2025,51(1):152-160 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.1026
Xiao Yingchao, Tang Haibin, Liu Yuet al. Effect of plenum chamber total pressure on arcjet thruster operation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2005, 31(09): 1031-1035. (in Chinese)
Citation: DING L,HU Z W,GUO X D,et al. Test research on icing characteristics of sensors and their influence laws[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2025,51(1):152-160 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.1026

传感器结冰特性及其影响规律试验研究

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.1026
基金项目: 国家自然科学基金(52106001); 中国博士后科学基金(2022M713865)
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:yixian@cardc.cn

  • 中图分类号: V221+.3;TB553

Test research on icing characteristics of sensors and their influence laws

Funds: National Natural Science Foundation of China (52106001); China Postdoctoral Science Foundation (2022M713865)
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  • 摘要:

    结冰探测是飞机结冰防护系统运行的前提和依据,是结冰防护面临的首要问题。目前,针对探针结冰过程的研究缺乏实测数据,相关规律尚待验证。为更准确地模拟飞机遭遇的真实结冰环境,利用大型结冰风洞开展传感器结冰特性试验研究。采用探针阵列分布和冰形可重复性验证相结合的试验方法,通过在线实拍图像、实测结冰外形与结冰质量等数据,直观、定量地揭示探针表面水滴撞击的细节特征及变化规律。结果表明:探针圆柱表面的水收集系数沿轴向先增大后减小,存在极值点,且该点高度会随壁面边界层的发展逐步上升,变化量级处于2~30 mm之间;此外,各探针位置面对来流参数变化的敏感程度不同,结冰质量较大且对迎角变化敏感度较低的点,将具备更好的探测效果。实测数据与分析结果可为传感器探针的精确设计提供依据。

     

  • 图 1  3 m×2 m结冰风洞布局[13-14]

    Figure 1.  Layout of 3 m×2 m icing wind tunnel[13-14]

    图 2  标模结冰试验结果对比[18]

    Figure 2.  Comparison of icing test results of standard model[18]

    图 3  机头模型安装设计

    Figure 3.  Nose model installation design

    图 4  截面及传感器位置定义

    Figure 4.  Section and definition of sensor position

    图 5  干扰程度测试

    Figure 5.  Interference degree test

    图 6  传感器阵列形式

    Figure 6.  Form of sensor array

    图 7  可重复性测试结冰冰形

    Figure 7.  Ice shapes for repeatability test

    图 8  可重复性测试结冰质量(1-1位置)

    Figure 8.  Ice quality for repeatability test (1-1 position)

    图 9  机头表面整体结冰特点

    Figure 9.  Overall icing characteristics of nose surface

    图 10  霜冰工况下的局部结冰特点

    Figure 10.  Local icing characteristics under rime ice conditions

    图 11  冰形尖点的三维特征(工况3)

    Figure 11.  3D characteristics of ice tip (condition 3)

    图 12  乳白色与半透明区域混合的冰形外观

    Figure 12.  Appearance with creamy white and translucent area

    图 13  探针表面水收集特性沿机头表面的变化(工况8)

    Figure 13.  Change in water collection characteristics on probe surface along the nose surface (condition 8)

    图 14  3号纵向截面的位置定义与结冰情况

    Figure 14.  Location definition and icing condition of No. 3 longitudinal area

    图 15  3号纵向截面的极值点高度沿程变化

    Figure 15.  Change in extreme point height along path for No. 3 longitudinal area

    图 16  4号纵向截面的极值点高度沿程变化

    Figure 16.  Change in extreme point height along path for No. 4 longitudinal area

    图 17  明冰工况下的整体结冰特点

    Figure 17.  Overall icing characteristics under glaze ice conditions

    图 18  明冰工况下的一般冰形

    Figure 18.  General ice shape under glaze ice conditions

    图 19  明冰工况下的特殊冰形

    Figure 19.  Special ice shape under glaze ice conditions

    图 20  速度变化敏感度分析

    Figure 20.  Velocity change sensitivity analysis

    图 21  攻角变化敏感度分析

    Figure 21.  Attack angle change sensitivity analysis

    表  1  环境模拟条件

    Table  1.   Environmental simulation conditions

    工况 温度/℃ 速度/(m·s−1) 迎角/(°) 水滴直径/μm 时间/s
    1 −10 90 2 20 180
    2 −10 90 2 30 180
    3 −25 90 4 20 80
    4 −25 90 6 20 80
    5 −25 65 2 15 300
    6 −25 40 2 15 300
    7 −25 65 2 20 80
    8 −25 90 2 20 80
    9 −25 65 2 30 80
    10 −25 90 2 30 80
    11 −25 40 2 20 80
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-02
  • 录用日期:  2023-04-10
  • 网络出版日期:  2023-04-18
  • 整期出版日期:  2025-01-31

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