1.本发明用于结冰与除冰技术领域，特别是涉及一种在飞机机翼结冰表面原位制备共形可控冰型方法。
背景技术：2.当结冰出现在飞机、风力发电机、通讯塔甚至桥梁的突出部位即结冰表面时，会严重危害它们的安全运行。比如，飞机的结冰表面有机翼和尾翼前缘，发动机叶片，发动机进气道口，空速管，天线，风挡玻璃等。这些部位的结冰会破坏飞机的气动外形，导致升力减小，阻力增加，飞机的操纵性、稳定性下降。结冰表面结冰，会导致升力系数减小，阻力系数变大，甚至引起飞机抖动，增加操纵难度；并使动力装置效率降低甚至引发事故；螺旋桨飞机的桨叶积冰，会使飞机推力减小；脱落的冰块可能打坏飞机的运动部件或机体其他结构；风挡结冰会影响飞行员视线，严重时甚至导致其作出误判；天线结冰会影响通讯甚至造成通讯中断。又如，风力发电机叶片出现结冰时，会降低机组的发电效率，折损机组的运行寿命。而除冰系统是解决这些问题、确保结冰表面安全运行的重要装置。
3.目前，可制备结冰表面结冰并应用于除冰装置进行功能验证的方法主要有自然结冰试验和结冰风洞试验。但是自然结冰条件下的试验存在试验周期长、试验成本高等问题；人工模拟结冰条件下的结冰风洞试验也存在建设难度大、使用费用高、维护成本高等问题。此外，无论是自然结冰试验还是结冰风洞试验，其生成冰型所具有的形状具有很大的随机性，难以给除冰装置研发过程中的功能验证提供可以量化考核的指标。这些问题的存在，给目前除冰装置的研发带来了诸多技术难点，使除冰装置的研发周期更长、研发成本更高。
技术实现要素：4.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其大大提高了结冰表面原位共形结冰的可控性和高效性，极大地减少了除冰装置的研发周期和研发成本，有助于除冰装置的研发与优化。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种结冰表面原位制备共形可控冰型方法，包括以下步骤：
7.设计结冰表面的三维结冰模型，并加工成模具；
8.将所述模具贴合于结冰表面的前缘；
9.在所述结冰表面的前缘设置多个密封件，并使得所述密封件紧贴于所述模具的外周，形成环形结构，所述环形结构沿厚度方向延伸至所述模具背离所述结冰表面的一侧；
10.取出所述模具；
11.在所述环形结构背离所述结冰表面的一侧贴设隔离膜，所述环形结构、所述隔离膜和所述结冰表面之间围构成结冰空腔；
12.向所述结冰空腔注水，并使所述结冰空腔中的水冷冻结成冰。
13.结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，将所述模具贴合于所述结冰表
面的前缘，先采用清洁液清洁结冰表面。
14.结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，所述清洁液包括酒精。
15.结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，所述密封件设有与外部连通的注水口，所述注水口与所述结冰空腔连通。
16.结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，将注射器的注射头插入所述注水口中，以向所述结冰空腔中注水。
17.结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，所述环形结构沿厚度方向具有若干个紧贴相连的所述密封件，在注水过程中观察相邻两个所述密封件之间以及所述结冰表面和所述密封件之间是否漏水，若存在漏水现象，则在漏水位置进行补漏。
18.结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，向所述结冰空腔中注满水后，密封所述注水口。
19.结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，密封所述注水口后，将所述结冰空腔中的水冷冻结成所述冰，再取走所述隔离膜和所述密封件。
20.结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，所述模具具有弧形本体和设于所述弧形本体的内侧的环形边沿，所述环形边沿和所述弧形本体之间围构形成凹槽，所述环形边沿远离所述弧形本体的一侧用于贴紧于所述结冰表面。
21.结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，所述密封件包括密封胶条。
22.上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：该技术方案的结冰表面原位制备共形可控冰型方法无须依靠高成本的自然结冰飞行试验和结冰风洞试验的结冰方法，即可快速有效地原位制备与结冰表面共形的冰，节约成本且方便操作。且该技术方案的结冰表面原位制备共形可控冰型方法能够有效控制结冰表面的结冰范围、结冰形状与厚度等参数，为除冰装置功能验证试验提供可控的结冰输入条件，便于实验对照与量化考核，大大提高了结冰表面原位共形结冰的可控性和高效性，极大地减少了除冰装置的研发周期和研发成本，有助于除冰装置的研发与优化。
附图说明
23.下面结合附图对本发明作进一步说明：
24.图1是本发明一个实施例在结冰表面设置模具和密封件的结构示意图；
25.图2是本发明一个实施例在环形结构上贴设隔离膜的侧视图；
26.图3是图2所示一个实施例的轴侧示意图；
27.图4是本发明第一个实施例结冰表面结冰的结构示意图；
28.图5是本发明第二个实施例结冰表面结冰的结构示意图；
29.图6是本发明第三个实施例结冰表面结冰的结构示意图；
30.图7是本发明一个实施例模具的结构示意图。
具体实施方式
31.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
32.本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
34.本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
35.参见图1至图4，本发明的实施例提供了一种在结冰表面原位制备共形可控冰型方法，包括以下步骤：
36.设计结冰表面11的三维结冰模型，并加工成模具2。具体地，根据结冰表面11和不同的结冰仿真冰形的坐标参数，设计相应的尺寸、形状和厚度的三维结冰模型，也即设计出与结冰表面11共形结冰的模型，并根据该结冰模型加工出冰形模具2，模具2的尺寸、形状和厚度均与结冰模型一致。
37.参见图1，将加工好的模具2贴合于结冰表面1的前缘11，以模拟结冰表面11结冰时与冰贴合的状态。
38.继续参照图1，在结冰表面13的前缘11设置多个密封件3，并使得密封件3紧贴于模具2的外周，形成环形结构，环形结构沿厚度方向延伸至模具2背离结冰表面13的一侧，以包围模具2的外周。也即，在结冰表面11的表面上沿着模具2的边缘紧贴密封件3，直至密封件3与模具2的厚度相等，确保后续结冰时冰5的形状和厚度与所模拟的结冰模型的形状和厚度一致。
39.参见图2和图3，取出模具2，在环形结构背离结冰表面13的一侧贴设隔离膜4，使得隔离膜4充分延展并贴附于密封件3的表面，轻轻压紧隔离膜4，确保隔离膜4与密封件3之间的气密性，环形结构、隔离膜4和结冰表面13之间围构成结冰空腔(图中未示出)。向结冰空腔中注水，并使结冰空腔中的水冷冻结成冰5，参见图4，即可确保冰5的尺寸、形状和厚度与结冰表面11的三维结冰模型一致，完成人工模拟下结冰表面11的共形结冰操作。
40.该技术方案的结冰表面原位制备共形可控冰型方法无须依靠高成本的自然结冰飞行试验和结冰风洞试验的结冰方法，即可快速有效地原位制备与结冰表面11共形的冰5，节约成本且方便操作。且该技术方案的结冰表面原位制备共形可控冰型方法能够有效控制结冰表面11的结冰范围、结冰形状与厚度等参数，参见图4、图5和图6，为除冰装置功能验证试验提供可控的结冰输入条件，便于实验对照与量化考核，大大提高了结冰表面11原位共形结冰的可控性和高效性，极大地减少了除冰装置的研发周期和研发成本，有助于除冰装置的研发与优化。
41.参见图2，在一些实施例中，密封件3设有与外部连通的注水口31，注水口31与结冰
空腔连通，以便通过注水口31向结冰空腔中注水。
42.进一步地，将注射器(图中未示出)的注射头插入注水口31中，以向结冰空腔中注水。利用注射器的注射头插入注水口31中进行注水，方便注水操作的同时，利于将注水口31的开口大小设置到最小，确保结冰空腔的密封性。
43.更进一步地，环形结构沿厚度方向具有若干紧贴相连的密封件3，沿厚度方向的密封件3的数量可根据实际情况合理设置成1个或多个，直至确保环形结构的厚度与模具2厚度一致。在注水过程中观察相邻两个密封件3之间以及结冰表面13和密封件3之间是否漏水，若存在漏水现象，则在漏水位置进行补漏，如补贴密封胶条或粘胶水等，在此不做具体限制。
44.在一些实施例中，密封件3包括密封胶条，在结冰表面11的表面上直接按压密封胶条即可完成安装，密封性强且方便安装，不会对结冰表面13表面造成污损或结构性破坏，利于反复使用，节约研发成本。
45.更进一步地，向结冰空腔中注满水后，密封注水口31，确保结冰空腔的密封性，避免水向外流出，从而保证结冰形状的一致性。
46.进一步地，密封注水口31后，将结冰表面11与隔离膜4以及环形结构之间形成的结冰空腔中的水冷冻结成冰5，可采用将该整体放入冷冻装置(图中未示出)中进行冰冻的方式实现，再取走隔离膜4和密封件3。可以理解的是，隔离膜4的面积大于环形结构，确保完全覆盖住环形结构。其中，冷冻装置可采如冰箱、冰柜等，在此不做限制。
47.参见图7，在一些实施例中，模具2具有弧形本体21和设于弧形本体21的内侧的环形边沿22，环形边沿22和弧形本体21之间围构形成凹槽23，环形边沿22远离弧形本体21的一侧用于贴紧于结冰表面13。通过在模具2中设置凹槽23，使得模具2仅通过环形边沿22与结冰表面13的前缘11相接触，减少了模具2内侧与结冰表面13的接触面积，确保在安装模具2时，模具2能够与结冰表面13更为贴合，提高结冰表面13共形结冰的精确度。
48.在一些实施例中，将模具2贴合于结冰表面13的前缘11，先采用清洁液(图中未示出)清洁结冰表面11，确保结冰表面11的表面干净无明显杂质后，再用干燥的清洁棉球擦干结冰表面11表面。
49.进一步地，清洁液包括酒精，具有清洁消毒的作用。
50.在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
51.当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。
技术特征：1.一种结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其特征在于，包括以下步骤：设计结冰表面的三维结冰模型，并加工成模具；将所述模具贴合于所述结冰表面的前缘；在所述结冰表面设置多个密封件，并使得所述密封件紧贴于所述模具的外周，形成环形结构，所述环形结构沿厚度方向延伸至所述模具背离所述结冰表面的一侧；取出所述模具；在所述环形结构背离所述结冰表面的一侧贴设隔离膜，所述环形结构、所述隔离膜和所述结冰表面之间围构成结冰空腔；向所述结冰空腔注水，并使所述结冰空腔中的水冷冻结成冰。2.根据权利要求1所述的结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其特征在于，将所述模具贴合于所述结冰表面的前缘，先采用清洁液清洁所述结冰表面。3.根据权利要求2所述的结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其特征在于，所述清洁液包括酒精。4.根据权利要求1所述的结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其特征在于，所述密封件设有与外部连通的注水口，所述注水口与所述结冰空腔连通。5.根据权利要求4所述的结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其特征在于，将注射器的注射头插入所述注水口中，以向所述结冰空腔中注水。6.根据权利要求5所述的结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其特征在于，所述环形结构沿厚度方向具有若干个紧贴相连的所述密封件，在注水过程中观察相邻两个所述密封件之间以及所述结冰表面和所述密封件之间是否漏水，若存在漏水现象，则在漏水位置进行补漏。7.根据权利要求6所述的结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其特征在于，向所述结冰空腔中注满水后，密封所述注水口。8.根据权利要求7所述的结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其特征在于，密封所述注水口后，将所述结冰空腔中的水冷冻结成所述冰，再取走所述隔离膜和所述密封件。9.根据权利要求1所述的结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其特征在于，所述模具具有弧形本体和设于所述弧形本体的内侧的环形边沿，所述环形边沿和所述弧形本体之间围构形成凹槽，所述环形边沿远离所述弧形本体的一侧用于贴紧于所述结冰表面。10.根据权利要求1所述的结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其特征在于，所述密封件包括密封胶条。
技术总结本发明公开了一种在结冰表面原位制备共形可控冰型方法，包括以下步骤：设计结冰表面的三维结冰模型，并加工成模具；将模具贴合于结冰表面的前缘；在结冰表面的前缘设置多个密封件，并使得密封件紧贴于模具的外周，形成环形结构，环形结构沿厚度方向延伸至模具背离结冰表面的一侧；取出模具；在环形结构背离结冰表面的一侧贴设隔离膜，环形结构、隔离膜和结冰表面之间围构成结冰空腔；向结冰空腔注水，并使结冰空腔中的水冷冻结成冰。该技术方案的结冰表面原位制备共形可控冰型方法，其大大提高了结冰表面原位共形结冰的可控性和高效性，极大地减少了除冰装置的研发周期和研发成本，有助于除冰装置的研发与优化。有助于除冰装置的研发与优化。有助于除冰装置的研发与优化。
技术研发人员：谢宗蕻 谢文俊 唐超 袁培毓
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2022.05.07
技术公布日：2022/7/5
