高速摄影技术用于量化NACA 0012机翼表面的瞬态冰附着过程

(论文部分内容摘抄)

在飞机遭遇悬浮在云层中的过冷水滴时，机翼上的冰积聚会给飞机的性能和安全带来威胁。冰积聚的细节取决于大气条件和飞行参数。机翼上的结冰过程包括水沉积、表面水输送和结冰之间的复杂相互作用。空气动力学影响水沉积、热量和质量输送以及冰积聚；同时，积聚的冰也会影响空气动力学。到目前为止，大多数飞机结冰的实验测量都集中在暴露于特定结冰条件下一定时间后形成的最终冰形上。这种方法无法捕捉到形成最终冰形的瞬态过程。

在爱荷华州冰风洞实验室，对NACA 0012翼型进行了相关的实验，以研究在不同的结冰条件下发生的瞬态冰积聚过程。在受控的环境条件下获取了结冰过程的高速视频，以定量测量瞬态水膜回流、细流形成和积冰生长情况。实验表明，改变环境条件会改变冰附着过程。

实验使用3D打印的NACA 0012剖面测试机翼，该机翼横跨测试截面的宽度；因此，机翼上的伪二维气流。翼弦长c = 101.6 mm。机翼由一根不锈钢杆支撑，安装在四分之一弦处，横向穿过测试段的中部。迎角是通过将机翼绕杆旋转，并将其固定在用数字倾斜仪测量的所需角度来调整的。机翼上涂有底漆，并用1000粒砂纸湿砂打磨成光滑的表面。高速摄像机使用（元奥仪器的pco.dimax型号）高速摄像机，摄像机垂直于机翼弦，提供自上而下的视图，摄像机通过放置一个标定目标来校准，该标定目标由对齐在翼幅定义的平面上的点网格组成。

翼型安装在测试段，横跨宽度的风洞，并支持在风洞壁。高速摄像机从试验段上方拍摄机翼的图像。吸力或压力侧的翼型可以通过设置攻角的积极或消极，分别进行测量。光纤耦合卤素灯提供稳定的泛光照明。图2:翼型安装在测试段，横跨宽度的风洞，并支持在风洞壁。高速摄像机从试验段上方拍摄机翼的图像。吸力或压力侧的翼型可以通过设置攻角的积极或消极，分别进行测量。光纤耦合卤素灯提供稳定的泛光照明。

最后，当悬浮在空气中的过冷水滴被自由流携带并撞击身体时，就会发生结冰。收集效率规定了影响身体的水滴的分布，并在很大程度上取决于水滴相对于身体的大小和惯性。重液滴沿着弹道轨迹撞击机体，而较小、较轻的液滴则更倾向于沿着流线而撞击机体内。液滴的运动轨迹和收集效率取决于液滴的惯性。

德国Excelitas PCO公司pco.dimax高速相机，具备高分辨率、高感光度、高帧率的优点，将高速实验过程完美记录，为实验提供强而有力的图像数据支持。

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