数值模拟机翼结冰及其对飞行安全的影响

摘要

飞机飞行的过程中，由于迎风表面受到过冷水滴的撞击，会出现结冰现象，这被称为飞机结冰。一旦机翼发生结冰，其气动外形将发生变化，致使其升力减小，阻力增大，升阻比减小等等，从而引起飞行事故。
　　本文利用数值模拟的方法对机翼结冰进行了研究，以NACA0012翼型和ONERA-M6机翼为计算算例，主要从以下几方面展开：计算气流流场时，考虑到其黏性和不压缩性采用了N-S方程；为了能够精确地模拟分离流动，所以采用S-A湍流模型。通过欧拉两相流法建立过冷水滴的运动方程来计算过冷水滴的运动轨迹和撞击特性，并对过冷水滴的收集特性进行了研究；分析了多尺寸Langumir-D分布和单尺寸对水滴收集系数的影响，以及不同过冷水滴直径对撞击特性的影响。经计算得知：多尺寸分布的水滴撞击极限要远大于单尺寸分布的计算值，所以采用多尺寸分布(Langumir-D)对过冷水滴的撞击特性进行分析更加合理。结冰模型采用冰层表面水膜流动的浅水流动模型，经模拟得到了NACA0012翼型和三维ONERA-M6机翼的结冰情况，给出了结冰冰形图。其冰形结果符合机翼结冰冰形的特点，冰形发展趋势也与相关文献一致，验证了该模型的可行性。

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注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 飞机结冰的研究内容、方法及国内外研究现状

1.3 飞机防/除冰技术

1.4 飞机结冰的数值模拟方法概述

1.5 本文的选题意义和主要工作

第二章 飞机机翼结冰的数学模型

2.1 机翼结冰数值模拟的基本流程

2.2 生成计算网格

2.3 空气流场计算模型

2.4 过冷水滴的运动轨迹及撞击特性

2.5 结冰热力学模型

2.6 本章小结

第三章 过冷水滴运动和撞击特性的研究

3.1 过冷水滴撞击特性的模型

3.2欧拉两相流法建立的水滴运动方程

3.3 过冷水滴撞击特性的研究

3.4 结论

第四章 数值模拟计算算例分析

4.1 NACA0012翼型的数值模拟

4.2 ONERA-M6机翼的数值模拟

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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