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高速攝影技術(shù)用于量化NACA 0012機(jī)翼表面的瞬態(tài)冰附著
(論文部分內(nèi)容摘抄)
在飛機(jī)遭遇懸浮在云層中的過冷水滴時(shí)，機(jī)翼上的冰積聚會(huì)給飛機(jī)的性能和安全帶來威脅。冰積聚的細(xì)節(jié)取決于大氣條件和飛行參數(shù)。機(jī)翼上的結(jié)冰過程包括水沉積、表面水輸送和結(jié)冰之間的復(fù)雜相互作用?？諝鈩?dòng)力學(xué)影響水沉積、熱量和質(zhì)量輸送以及冰積聚；同時(shí)，積聚的冰也會(huì)影響空氣動(dòng)力學(xué)。到目前為止，大多數(shù)飛機(jī)結(jié)冰的實(shí)驗(yàn)測(cè)量都集中在暴露于特定結(jié)冰條件下一定時(shí)間后形成的冰形上。這種方法無法捕捉到形成冰形的瞬態(tài)過程。
在愛荷華州冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，對(duì)NACA 0012翼型進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，以研究在不同的結(jié)冰條件下發(fā)生的瞬態(tài)冰積聚過程。在受控的環(huán)境條件下獲取了結(jié)冰過程的高速視頻，以定量測(cè)量瞬態(tài)水膜回流、細(xì)流形成和積冰生長情況。實(shí)驗(yàn)表明，改變環(huán)境條件會(huì)改變冰附著過程。
實(shí)驗(yàn)使用3D打印的NACA 0012剖面測(cè)試機(jī)翼，該機(jī)翼橫跨測(cè)試截面的寬度;因此，機(jī)翼上的偽二維氣流。翼弦長c = 101.6 mm。機(jī)翼由一根不銹鋼桿支撐，安裝在四分之一弦處，橫向穿過測(cè)試段的中部。迎角是通過將機(jī)翼繞桿旋轉(zhuǎn)，并將其固定在用數(shù)字傾斜儀測(cè)量的所需角度來調(diào)整的。機(jī)翼上涂有底漆，并用1000粒砂紙濕砂打磨成光滑的表面。高速攝像機(jī)使用（廣州市元奧儀器有限公司的pco.dimax型號(hào)）高速攝像機(jī)，攝像機(jī)垂直于機(jī)翼弦，提供自上而下的視圖，攝像機(jī)通過放置一個(gè)標(biāo)定目標(biāo)來校準(zhǔn)，該標(biāo)定目標(biāo)由對(duì)齊在翼幅定義的平面上的點(diǎn)網(wǎng)格組成。
翼型安裝在測(cè)試段，橫跨寬度的風(fēng)洞，并支持在風(fēng)洞壁。高速攝像機(jī)從試驗(yàn)段上方拍攝機(jī)翼的圖像。吸力或壓力側(cè)的翼型可以通過設(shè)置攻角的積極或消極，分別進(jìn)行測(cè)量。光纖耦合鹵素?zé)籼峁┓€(wěn)定的泛光照明。圖2:翼型安裝在測(cè)試段，橫跨寬度的風(fēng)洞，并支持在風(fēng)洞壁。高速攝像機(jī)從試驗(yàn)段上方拍攝機(jī)翼的圖像。吸力或壓力側(cè)的翼型可以通過設(shè)置攻角的積極或消極，分別進(jìn)行測(cè)量。光纖耦合鹵素?zé)籼峁┓€(wěn)定的泛光照明。
當(dāng)懸浮在空氣中的過冷水滴被自由流攜帶并撞擊身體時(shí)，就會(huì)發(fā)生結(jié)冰。收集效率規(guī)定了影響身體的水滴的分布，并在很大程度上取決于水滴相對(duì)于身體的大小和慣性。重液滴沿著彈道軌跡撞擊機(jī)體，而較小、較輕的液滴則更傾向于沿著流線而撞擊機(jī)體內(nèi)。液滴的運(yùn)動(dòng)軌跡和收集效率取決于液滴的慣性。
德國 Excelitas PCO 公司pco.dimax高速相機(jī)，具備高分辨率、高感光度、高幀率的優(yōu)點(diǎn)，將高速實(shí)驗(yàn)過程完美記錄，為實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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