混合相结冰条件下多段翼的撞击黏附与积冰的数值模拟

随着飞机结冰问题研究的深入,混合相结冰问题已经成为研究热点。本文使用了阻力模型、黏附模型和结冰热力学模型来计算混合相结冰条件下的准三维多端翼的结冰情况。首先对多段翼进行了网格划分和空气流场计算。然后进行了数值模拟计算,分析了混合相结冰条件下冰晶的撞击、黏附和积冰特征。结果表明,在本研究的条件下,冰晶的黏附质量流量很高,会对飞行安全造成威胁,并且冰晶在溢流水区域也会发生黏附。此外,随着液态水含量(Liquid water content,LWC)与总水含量(Total water content,TWC)比值的升高,冰晶更容易黏附在表面并参与表面结冰。

翼身融合布局与传统布局飞机结冰特性对比分析

翼身融合(BWB)布局是提升未来民机综合性能的重要布局方式,其结冰飞行安全问题逐渐受到人们重视。针对翼身融合布局飞机与常规布局飞机的结冰问题,本文通过数值模拟的方法来开展结冰特性研究。本文提出基于Navier-Stokes方程对空气流场进行求解,并应用欧拉法计算水滴撞击特性,之后采用Shallow-Water结冰热力学模型的结冰计算方法。首先,通过将翼身融合布局飞机和传统布局飞机的计算结果与风洞试验数据进行对比,验证空气流场计算的正确性,并将两者进行对比分析;其次,数值预测飞机表面冰形的特征,将两种布局飞机结冰特性进行对比,结果表明,结冰对两种布局飞机气动外形的破坏程度从后掠翼翼根至翼尖逐渐变大,但传统布局飞机结冰只发生在机翼前缘和机头处,而翼身融合布局飞机前部几乎都发生了结冰,可为相关的结冰特性研究及防除冰设计提供技术参考。

输电导线结冰数值模拟与影响因素分析

通过建立二维输电导线结冰模型实现结冰冰形预测。空气流场和对流换热通过Fluent软件计算,采用基于拉格朗日法的离散相模型计算输电导线表面水滴收集系数,利用Fluent的用户自定义函数(user-defined function,UDF)编程求解Messinger热力学模型,计算得到了输电导线表面结冰冰形与结冰厚度。研究中考虑了风速、水滴中值体积直径、温度、空气含水量和风向角等因素对输电导线结冰特性的影响。通过UDF实现导线的强迫振动,着重分析了输电导线振动对结冰特性的影响,得到了振动幅度和振动频率对局部水滴收集系数和结冰冰形的影响规律。

飞机旋转表面结冰数值模拟

在Shallow-Water结冰热力学模型的基础上,搭建了一套适用于三维旋转表面的非稳态结冰模型,采用Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法对表面结冰进行非稳态迭代求解。用所提模型对简化后的旋转桨叶模型进行计算,并与FENSAP软件结果进行对比,验证了所提模型的准确性,分析了转速、水滴直径和液态水含量等因素对旋转表面结冰冰形和水膜流动的影响。结果表明:随着转速的增加,结冰范围和水膜覆盖范围偏移愈加明显;结冰范围和水膜覆盖范围随水滴直径增长逐渐增加,水膜厚度也逐渐增大;结冰厚度和水膜厚度随液态水含量增长而相应增加,水膜覆盖范围也明显变大。

直升机旋翼积冰的数值模拟

为研究直升机旋翼桨叶积冰问题,通过对积冰形成机理和直升机飞行原理的分析,建立了基于CFD(Computational Fluid Dynamics)技术的直升机旋翼桨叶结冰预测的理论模型;采用欧拉法求解水滴控制方程,在经典Messinger模型的基础上提出了积冰表面质能平衡的改进模型;以UH-60型直升机和CH-47型直升机为样机,具体分析了积冰条件下直升机桨叶冰形预测的方法,为进一步研究直升机结冰后的飞行动力学问题及防除冰系统的设计奠定了基础,对提高直升机飞行安全性具有积极意义.