CN117906900B - 一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于结冰风洞试验技术领域，提供了一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法及装置。所述获取方法包括调试旋转帽罩以目标转速进行云雾模拟试验，记录云雾模拟系统启动时刻和旋转帽罩表面的积冰脱落时刻；获取电机功率的变化值；根据在云雾模拟系统启动时刻和旋转帽罩表面的积冰脱落时刻之间，电机功率变化值的绝对值的最大值对应的时刻，确定云雾模拟系统的最佳运行时长；根据最佳运行时长，使未积冰的旋转帽罩以目标转速进行云雾模拟试验，获取旋转帽罩的残留冰信息。本申请通过两次旋转帽罩的结冰风洞试验，获取旋转帽罩表面准确的残留冰形态，得到准确的残留冰信息，提高后续研究的准确性。

Description

一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法及装置

技术领域

本发明属于结冰风洞试验技术领域，具体涉及一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法及装置。

背景技术

航空发动机进口部件结冰会影响发动机运行，致使发动机失速、效率降低，还存在脱冰风险，冰脱落后被吸入损坏内部叶片，严重威胁飞行安全。旋转帽罩作为发动机进口部件之一，具有独特的旋转特性，使结冰受离心力更易脱落，因此对于旋转帽罩结冰及防除冰的研究是非常有意的。

旋转帽罩部件旋转所产生的离心力，在转帽罩进行结冰和防除冰的情况下，均可能存在脱冰情节。旋转帽罩的积冰、脱冰过程，侧面反映了旋转帽罩外形的最大改变，因此，需要对旋转帽罩脱冰后的其表面残留冰信息进行采集，便于后续研究。

但是在相关试验研究中，旋转帽罩表面的残留冰信息误差过大，影响了后续研究的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法及装置，解决背景技术中存在的上述技术问题。

本发明是这样实现的：

第一方面，本申请提供了一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法，具体获取步骤包括：调试旋转帽罩以目标转速进行云雾模拟试验，记录云雾模拟系统的启动时刻/>和旋转帽罩表面的积冰脱落时刻/>；获取处于/>时刻的电机功率/>相对于处于/>时刻的电机功率/>的变化值/>，/>，其中，电机用于驱动旋转帽罩转动；根据在时刻/>和时刻/>之间，电机功率变化值的绝对值的最大值，记录/>对应的时刻/>，确定云雾模拟系统的最佳运行时长/>，-/>；根据最佳运行时长/>，使未积冰的旋转帽罩以目标转速/>进行云雾模拟试验，获取旋转帽罩的残留冰信息。

第二方面，本申请还提供了一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取装置，用于实现第一方面提供的残留冰获取方法，获取装置包括：记录模块，记录模块用于记录云雾模拟系统启动时刻和旋转帽罩表面的积冰脱落时刻/>；第一获取模块，第一获取模块用于获取处于/>时刻的电机功率/>相对于处于/>时刻的电机功率/>的变化值；确定模块，确定模块用于确定云雾模拟系统的最佳运行时长/>；第二获取模块，第二获取模块用于获取旋转帽罩的残留冰信息。

第三方面，本申请还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序，处理器执行计算机程序以实现第一方面提供的残留冰获取方法的步骤。

本发明的有益效果是：

本发明中，首先通过维持旋转帽罩转速的稳定，从而使用旋转帽罩连接的电机功率来反映旋转帽罩表面的积冰变化，获取相邻两个时刻之间电机功率的最大变化值，从而得到旋转帽罩表面的积冰脱落时刻，获取云雾模拟系统的最佳运行时长，然后再以最佳运行时长重新进行云雾模拟试验，使得云雾模拟系统的停止时刻和旋转帽罩表面的积冰脱落时刻重叠，以获取旋转帽罩表面准确的残留冰形态，得到准确的残留冰信息，提高后续研究的准确性，避免在积冰脱落后，云雾模拟系统继续运行使得旋转帽罩表面的残留冰继续积冰，影响残留冰信息的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一些实施例提供的获取方法的流程图；

图2是本申请一些实施例提供的旋转帽罩在结冰风洞内的试验示意图；

图3是本申请一些实施例提供的电机控制系统示意图。

图中：100-积冰，200-旋转帽罩，300-电机。

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。

相关技术中，旋转帽罩表面的积冰脱落时刻的获取手段并不是唯一的，其中大部分试验中都是采用人为判断，但是受限于视线阻碍、个体差异等因素，导致即使在相同试验条件下，获取的脱冰时刻也并不相同，获取的时刻的准确率不高，而据此获取的旋转帽罩表面的残留冰信息也相差过大，会影响后续研究的准确性。

鉴于此，本申请的一些实施例提供了一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法，准确判断旋转帽罩200表面的积冰脱落时刻，从而获取准确的残留冰信息，提高后续研究的准确性。

在进行试验之前，需要对结冰风洞中的各项系统进行调试，使得结冰风洞中各项系统完成准备。

本申请实施例提供的获取方法可参考图1所示，具体操作步骤如下：

首先进行一次旋转帽罩结冰风洞试验，获取旋转帽罩200在积冰和脱冰过程中的相关数据。具体的，调试旋转帽罩200以目标转速进行云雾模拟试验，同时记录云雾模拟系统的启动时刻/>和旋转帽罩200表面的积冰脱落时刻/>。一般在云雾模拟系统启动之前就将旋转帽罩200调试至目标转速/>，使得在云雾模拟试验的初始阶段，旋转帽罩200就能以目标转速/>运行，保证在试验过程中获取的参数的稳定性和准确性。云雾模拟系统的开启时间直接根据系统的启动时间获取，旋转帽罩200表面的积冰脱落时刻则需要人为判断，在旋转帽罩200表面的积冰100脱落时，记录下脱冰时间。完成一次旋转帽罩结冰风洞试验。积冰脱落后，关停云雾模拟系统。

收集旋转帽罩200在进行结冰风洞试验过程中的相关数据。旋转帽罩200连接有电机300，通过电机300驱动旋转帽罩200进行转动。由于旋转帽罩200需要维持目标转速运行，在旋转帽罩200表面积冰后，旋转帽罩200的整体负载增大，电机300的功率需要随着旋转帽罩200的负载增加而增加，一旦旋转帽罩200发生脱冰变化，旋转帽罩200的整体负载减小，电机300的功率也随之减小。因此，本申请一些实施例提供的获取方法中，通过获取采集电机功率的变化值反应旋转帽罩200表面积冰100的变化，具体的，先采集电机功率，并记录功率对应的时刻，然后获取获取处于/>时刻的电机功率/>相对于处于/>时刻的电机功率/>的变化值/>，/>。

获取在云雾模拟系统的启动时刻和旋转帽罩200表面的积冰脱落时刻/>之间的所有的电机功率变化值/>，得到电机功率变化值的绝对值的最大值/>，由于电机300的功率变化与旋转帽罩200表面的积冰变化有关，在旋转帽罩的积冰试验中，只有在旋转帽罩200表面的积冰100脱落时，电机功率的变化达到最大，因此，可根据对应的时刻/>来获取旋转帽罩200表面的积冰脱落时刻/>，从而确定云雾模拟系统的最佳运行时长/>，/>-/>，为残留冰的获取提供准确的数据支撑。

获取云雾模拟系统的最佳运行时长后，开启下一次的旋转帽罩结冰风洞试验。与第一次试验相同，使未积冰的旋转帽罩200以目标转速/>进行云雾模拟试验，云雾模拟系统运行时长达到/>后，旋转帽罩200表面的积冰100脱落，云雾模拟系统自动关闭，旋转帽罩200表面留下残留冰，获得旋转帽罩200表面的残留冰信息，为后续试验做准备。需要注意的是，本次试验的目的是为了获取旋转帽罩200表面的残留冰，旋转帽罩200连接的电机300与云雾模拟系统应该同时停止，避免旋转帽罩200旋转产生的离心力影响残留冰的形态，导致获取的残留冰信息不准确的情况。

需要注意的是，在两次云雾模拟系统开启之前，都需要对结冰风洞中的各项系统进行调试，使得结冰风洞中各项系统完成准备。以保证旋转帽罩200的两次试验之间，除了云雾模拟系统的运行时长不同，其他条件都是一致的，保证在旋转帽罩200进行第二次试验时，云雾模拟系统停止运行的时刻与旋转帽罩200表面的积冰脱落时刻重叠。

利用本申请实施例提供的获取方法，能够准确获取旋转帽罩200表面的积冰脱落时刻，从而得到旋转帽罩200表面准确的残留冰形态，获取准确的残留冰信息。

在一些优选的实施例中，为进一步获取旋转帽罩200表面的积冰脱落时刻，通过采集电机300处于时刻的电流数据/>和电压数据/>，从而获得电机300处于/>时刻的电机功率/>，/>。电流数据和电压数据的获取方式简单，获得的数据准确，并且，获取数据的同时也能够将数据对应的时刻一并记录，从而得到数据准确的电机功率/>。另外，根据电流跟电压的变化趋势，也可判断获得的功率是否出现错误，进一步对功率数据的准确性进行验证。

进一步优选的实施例中，由于试验过程中，旋转帽罩200一直保持目标转速旋转，设置相邻两个时刻/>和/>之间时长间隔为/>，/>，其中，/>的单位为转/秒。在一秒的单位时间内，采集/>个电压数据、电流数据，电机功率数据变化的分辨率高，得到更为准确的脱冰时间，并且还能够根据电机功率的变化得到单位时间内旋转帽罩200表面的积冰变化率。

在第一次进行旋转帽罩风洞试验的过程中，是通过人为判断得到积冰脱落的时刻，/>越大，则/>和/>之间的电机功率变化数据越多，在获取/>的过程中，数据噪音过大，为避免这种情况，在一些实施例中，使用摄像机对旋转帽罩200进行录像，录像的开启时刻处于/>之前，通过判断视频录像中旋转帽罩200表面的积冰100是否脱落，获取积冰脱落时刻/>，从而使得/>更为接近/>，缩短/>和/>之间的时长，避免数据噪音过大。通过对视频录像进行观察，可反复判断积冰100脱落前后的图像，最终得到一个粗略的积冰脱落时刻，再配合电机功率的变化，得到较为准确的脱冰时刻。

另外，通过电机功率的变化获得脱冰时刻之后，可根据/>重新对视频录像进行观察，在处于/>时刻对应的视频录像的画面中，验证旋转帽罩200表面的积冰100是否脱落，若积冰100脱落，则可执行下一步骤，对旋转帽罩200开始下一次的云雾模拟试验。若积冰100未脱落，则表示电机功率数据出现了错误、或者是电机功率变化值的比较出现了误差，需要输出异常报警信息，提醒操作者对故障进行排查，故障排除后，则可重新利用本实施例提供的获取方法获取旋转帽罩200表面的残留冰信息。

本申请的一些实施例中，旋转帽罩200为圆锥结构，旋转帽罩200利用连接轴与电机300连接，并且云雾模拟试验中的云雾来流方向与旋转帽罩200的旋转轴平行设置，参考图2所示。在实验中，来流云雾与之撞击，帽罩表面持续积冰，因帽罩是圆锥形，结冰呈现周向分布均匀，轴向不均匀的特征。另外，另外，为达到减弱积冰效果，帽罩会采用热气、吹气等防冰手段，再结合旋转帽罩200的离心力，表面积冰100脱落的可能性加大，但仍存又附着的残留冰，因此本实施例提供的获取方法能够获取到残留冰的准确信息，提高后续研究试验的准确性。

在本申请的一些具体实施方式中，参考图3所示，电机300通过电机控制系统控制，电机300连接有变频器和编码器，在变频器和编码器之间连接有控制器，编码器用于测量电机300转速，并传送给控制器，控制器给变频器发送转速控制命令，以实现目标转速调节，形成闭环控制，同时，控制器向数据采集设备传输转速。数据采集设备用于采集电机300工作的电流、电压等参数数据。数据采集设备与计算机连接，计算机则集中所有数据，获得电流、电压、转速以及云雾模拟系统的喷雾时间等试验数据。

本申请一些实施例还提供了一种结冰风洞试验中旋转帽罩200的残留冰获取装置，用于实现上述任一实施例提供的获取的方法，获取装置包括：记录模块，记录模块用于记录云雾模拟系统启动时刻和旋转帽罩200表面的积冰脱落时刻/>；第一获取模块，第一获取模块用于获取处于/>时刻的电机功率/>相对于处于/>时刻的电机功率的变化值/>；确定模块，确定模块用于确定云雾模拟系统的最佳运行时长/>；第二获取模块，第二获取模块用于获取旋转帽罩200的残留冰信息。

本申请一些实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序，处理器执行计算机程序以实现上述任一实施例提供的获取方法的步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法，其特征在于，具体获取步骤包括：

调试旋转帽罩以目标转速进行云雾模拟试验，记录云雾模拟系统的启动时刻/>和旋转帽罩表面的积冰脱落时刻/>；

获取处于时刻的电机功率/>相对于处于/>时刻的电机功率/>的变化值，/>，其中，电机用于驱动旋转帽罩转动；

根据在时刻和时刻/>之间，电机功率变化值的绝对值的最大值/>，记录对应的时刻/>，确定云雾模拟系统的最佳运行时长/>，/>-/>；

根据所述最佳运行时长，使未积冰的旋转帽罩以目标转速/>进行云雾模拟试验，获取旋转帽罩的残留冰信息。

2.根据权利要求1所述的一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法，其特征在于，所述的获取处于时刻的电机功率/>，包括：

采集电机处于时刻的电流数据/>和电压数据/>，/>。

3.根据权利要求1或2所述的一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法，其特征在于，所述获取步骤还包括：

使用摄像机对旋转帽罩进行录像，录像的开启时刻处于之前；

判断视频录像中旋转帽罩表面的积冰是否脱落，获取积冰脱落时刻。

4.根据权利要求3所述的一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法，其特征在于，

在处于时刻的视频录像中，验证旋转帽罩表面的积冰是否脱落，若积冰脱落，执行下一步骤，若积冰未脱落，输出异常报警信息。

5.根据权利要求1或2所述的一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法，其特征在于，

相邻两个时刻和/>之间时长间隔为/>，/>，其中，/>的单位为转/秒。

6.根据权利要求1所述的一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法，其特征在于，所述云雾模拟试验中的云雾来流方向与所述旋转帽罩的旋转轴平行设置。

7.根据权利要求1所述的一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法，其特征在于，所述的旋转帽罩以目标转速进行云雾模拟试验，包括：旋转帽罩表面的积冰增加，电机功率增加，旋转帽罩表面的积冰减小，电机的功率减小。

8.根据权利要求1所述的一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取方法，其特征在于，所述旋转帽罩为圆锥结构。

9.一种结冰风洞试验中旋转帽罩的残留冰获取装置，其特征在于，用于实现权利要求1-8任一项所述的方法，所述获取装置包括：

记录模块，所述记录模块用于记录云雾模拟系统的启动时刻和旋转帽罩表面的积冰脱落时刻/>；

第一获取模块，所述第一获取模块用于获取处于时刻的电机功率/>相对于处于时刻的电机功率/>的变化值/>；

确定模块，所述确定模块用于确定云雾模拟系统的最佳运行时长；

第二获取模块，所述第二获取模块用于获取旋转帽罩的残留冰信息。