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旋转帽罩结冰相似准则的研究

推进技术 2015年第8期36卷 1164-1169页

作者：张丽芬张美华吴丁毅刘振侠西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

为了研究航空发动机旋转帽罩结冰相似理论,在静止部件结冰相似准则的基础上,忽略次要因素的影响,建立了一种适用于旋转帽罩的结冰试验相似准则。利用建立的旋转结冰相似准则,通过数值模拟方法,对旋转帽罩缩比前后的水滴收集特性和结冰... 详细信息

为了研究航空发动机旋转帽罩结冰相似理论,在静止部件结冰相似准则的基础上,忽略次要因素的影响,建立了一种适用于旋转帽罩的结冰试验相似准则。利用建立的旋转结冰相似准则,通过数值模拟方法,对旋转帽罩缩比前后的水滴收集特性和结冰冰形进行了误差分析,并对此准则的可靠性进行评估。计算结果表明:用建立的相似准则所确定的参数对于全尺寸旋转帽罩转速分别为1kr/min和5kr/min时进行数值模拟。在全尺寸旋转帽罩及其1/2缩比模型上的对应区域得到的水滴收集特性和结冰冰形,误差约为2.7%和5.3%,表明选取缩比参数的方法是可靠的,并且提出的相似准则是有效的,对结冰风洞试验的理论研究和参数选取有一定的参考价值。

关键词：航空发动机旋转帽罩结冰相似准则水滴收集特性结冰冰形

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旋转帽罩结冰相似准则的冰风洞试验研究

实验流体力学 2021年第4期35卷 52-59页

作者：张丽芬葛鑫张斐刘振侠马栋吕维进西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室四川绵阳621000

为了验证旋转帽罩冰风洞试验相似准则的适用性,开展了旋转帽罩表面结冰过程研究,推导了旋转帽罩结冰相似准则。采用底面直径100 mm、锥角80°的旋转锥作为原尺寸模型,底面直径50 mm、锥角80°的旋转锥作为缩比模型,进行不同工况冰风洞... 详细信息

为了验证旋转帽罩冰风洞试验相似准则的适用性,开展了旋转帽罩表面结冰过程研究,推导了旋转帽罩结冰相似准则。采用底面直径100 mm、锥角80°的旋转锥作为原尺寸模型,底面直径50 mm、锥角80°的旋转锥作为缩比模型,进行不同工况冰风洞试验。通过图像法采集了帽罩表面冰形,并将冰形进行无量纲化处理,对比了原尺寸模型与缩比模型的结冰冰形。结果表明:对于明冰工况,帽罩前半部分冰形吻合较好,帽罩后半部分吻合欠佳;对于霜冰工况,全尺寸模型与缩比模型的冰形吻合良好。对造成这一现象的原因进行了分析,并提出改进的建议。

关键词：旋转帽罩结冰相似准则结冰风洞缩比

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螺旋桨结冰试验相似准则研究

螺旋桨结冰试验相似准则研究

利用自然低温的L型结冰风洞实验系统设计与实现

探索创新交流——第六届中国航空学会青年科技论坛

作者：易贤周志宏杜雁霞朱国林空气动力学国家重点实验室中国空气动力研究与发展中心

在分析螺旋桨结冰基本物理过程的基础上,通过定义角度因子作为相似参数,并与固定部件结冰试验相似准则相结合,提出了一种进行螺旋桨结冰试验的相似准则,给出了相应的试验参数确定方法。采用数值方法对该准则进行了有效性评估,结果显示:... 详细信息

在分析螺旋桨结冰基本物理过程的基础上,通过定义角度因子作为相似参数,并与固定部件结冰试验相似准则相结合,提出了一种进行螺旋桨结冰试验的相似准则,给出了相应的试验参数确定方法。采用数值方法对该准则进行了有效性评估,结果显示:（1）螺旋桨几何尺寸不缩比、其他参数缩比的情况下,可以得到与参考条件吻合的试验水滴收集率、霜冰和明冰;（2）螺旋桨几何尺寸与其他参数都缩比的情况下,试验水滴收集率和霜冰依旧与参考条件的吻合,明冰与参考冰形还存在一定差异,但二者在冰形轮廓和生长趋势上总体一致。以上结果初步说明本文所提出的相似准则是有效的,可以应用于螺旋桨结冰风洞试验,作为试验的理论指导和参数选取依据。

关键词：飞机结冰螺旋桨结冰结冰风洞结冰相似准则结冰试验

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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利用自然低温的L型结冰风洞实验系统设计与实现

作者：谭明伟中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

机翼结冰会改变其气动外形,导致升力降低、空气阻力增大以及失速攻角减小,直接影响飞机的气动特性和操纵性能,引发飞行安全事故。结冰风洞是一种模拟高空结冰环境的地面试验设备,为飞机结冰性能分析提供结冰实验平台,但现有小型结冰风... 详细信息

机翼结冰会改变其气动外形,导致升力降低、空气阻力增大以及失速攻角减小,直接影响飞机的气动特性和操纵性能,引发飞行安全事故。结冰风洞是一种模拟高空结冰环境的地面试验设备,为飞机结冰性能分析提供结冰实验平台,但现有小型结冰风洞存在结构复杂、能耗高和成本高等问题,故小型结冰风洞的简化研究就具有了重要意义。本文为了方便研究低速飞行机翼结冰过程,设计并实现了一种利用自然低温的L型结冰风洞实验系统,将常规带制冷系统密闭式结冰风洞创新性改为开放式结构,通过增设动力风机与结冰洞体直接连接结构,使各部件组合成串联结构,实现工程制造简易化、低成本以及实验过程更换被试件便利性等工程创新,具有较强工程应用价值,能为科研单位和高校提供机翼结冰实验平台,用于机翼结冰性能分析以及防除冰研究。利用结冰相似准则建立模拟结冰与实际结冰的结冰参数相似方程,预估结冰风洞环境参数模拟能力达到平均水滴直径10～50μm以及最大水含量22.0g/m。应用洞体压力损失计算、维氏公式以及沿程阻力损失系数等理论设计结冰风洞结构和尺寸。通过FLUENT和FENSAP-ICE软件开展机翼结冰数值仿真,并且制定了标准机翼结冰厚度范围4.68～24.16mm,用于验证结冰风洞的设计尺寸以及结冰性能是否良好。选取和加工铝合金和亚克力板材料制作结冰风洞洞体。通过计算结冰风洞沿程全压损失确定动力源风机,并得到试验段的湍流度值小于0.8%;选择水箱、水泵、水温控制器、稳压调节阀以及喷头等设备构成完整的喷雾系统,完成结冰风洞机翼结冰实验平台的搭建。利用东北吉林的自然低温环境开展了结冰风洞实验。首先对结冰风洞性能进行测试,得到最大风速为18.5m/s;采用单喷头和双喷头的喷雾方式开展机翼结冰对照实验,分析机翼前沿结冰厚度,得出此结冰风洞试验段处的流场质量良好。其次进行了平均水滴直径与水含量的测定实验,得到此结冰风洞的平均水滴直径范围26.3～32.5μm、水含量范围0.8～1.9g/m;改变多个机翼攻角进行结冰实验,计算得到两种机翼的平均无因次结冰面积分别为0.36和0.44,均高于设计理论值0.2,结冰效果良好。最后通过对比实验得到仿真与实际结冰在机翼结冰轮廓和厚度变化趋势上具有较强相似性,并且实际得到的机翼前沿平均结冰厚度8.81mm在标准机翼结冰厚度4.68～24.16mm范围之中,验证了结冰风洞设计的科学性。

关键词：结冰风洞自然低温结冰相似准则结冰数值仿真机翼结冰实验

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引射式结冰风洞内圆柱结冰试验

航空动力学报 2013年第7期28卷 1467-1474页

作者：孟繁鑫陈维建梁青森张大林南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

设计并建造了用于结冰研究的小型引射式结冰风洞试验系统,对其结冰气象条件参数进行了标定,给出了试验段水雾均匀区范围,验证了试验冰形的可重复性.在霜状冰和瘤状冰条件下,对直径为25.4mm和50.8mm的圆柱在所建的结冰风洞内进行了结冰试... 详细信息

设计并建造了用于结冰研究的小型引射式结冰风洞试验系统,对其结冰气象条件参数进行了标定,给出了试验段水雾均匀区范围,验证了试验冰形的可重复性.在霜状冰和瘤状冰条件下,对直径为25.4mm和50.8mm的圆柱在所建的结冰风洞内进行了结冰试验.试验结果表明:在所研究的结冰条件和结冰时间范围内,霜状冰与瘤状冰的结冰厚度均随时间推进而线性增长;在满足结冰相似准则的情况下,冰形相似性结果良好,无量纲厚度的最大偏差约为10%.

关键词：飞机结冰结冰试验结冰风洞圆柱结冰结冰相似准则

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涡扇发动机短舱结冰试验相似方法

航空动力学报 2019年第9期34卷 1988-2000页

作者：杨倩董威郭之强郑梅上海交通大学机械与动力工程学院

通过分析短舱表面结冰缩比试验相似要求,在保证绕流流场、水滴撞击特性和结冰冰型相似的基础上,分别采用基于气流雷诺数,气流韦伯数和水滴韦伯数3种速度选取方法建立了试验相似准则。利用该准则获得了明冰和霜冰条件下涡扇发动机短舱1/... 详细信息

通过分析短舱表面结冰缩比试验相似要求,在保证绕流流场、水滴撞击特性和结冰冰型相似的基础上,分别采用基于气流雷诺数,气流韦伯数和水滴韦伯数3种速度选取方法建立了试验相似准则。利用该准则获得了明冰和霜冰条件下涡扇发动机短舱1/2缩比模型的结冰试验参数,开展了短舱进气道表面结冰冰型预测,对参考模型和缩比模型表面过冷水滴撞击特性、结冰特性、溢流水分布特性进行了分析。结果表明:采用基于气流韦伯数和水滴韦伯数速度选取方法的相似准则,在明冰和霜冰条件下均能保证缩比模型与参考模型表面水滴撞击特性相似,且相似性不受结冰温度影响;溢流水变化趋势与参考模型相似,流动极限相近;缩比模型表面冰型均与参考模型相似,该方法能够为短舱结冰试验参数选取提供依据。

关键词：结冰相似准则发动机短舱结冰数值计算水滴撞击特性结冰特性

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结冰风洞试验水滴直径选取方法

航空学报 2010年第5期31卷 877-882页

作者：易贤朱国林王开春桂业伟中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000

结冰风洞是开展飞机结冰研究的主要设备,确定合理的试验水滴大小,是选取结冰风洞试验条件的重要内容。为了研究结冰风洞试验水滴直径的选取原则,针对结冰风洞试验水滴的大小主要取决于试验速度的大小,在推导结冰风洞试验水滴直径选取公... 详细信息

结冰风洞是开展飞机结冰研究的主要设备,确定合理的试验水滴大小,是选取结冰风洞试验条件的重要内容。为了研究结冰风洞试验水滴直径的选取原则,针对结冰风洞试验水滴的大小主要取决于试验速度的大小,在推导结冰风洞试验水滴直径选取公式的基础上,用数值方法预测并对比了不同试验速度对水滴大小选取效果及试验结果的影响。采用欧拉法数值计算了不同试验速度及相应试验水滴条件下,试验模型表面的水滴收集率,并与全尺寸物体表面的水滴收集率进行了对比。研究发现:对于小水滴,当参考速度较低时,试验速度与参考速度的比值不能取得太低,参考速度升高到一定程度之后,试验速度与参考速度的比值又不能取得太高;对于大水滴,当参考速度较低时,试验速度与参考速度的比值也不能取得太低,当参考速度升高到一定程度之后,试验速度和相应试验水滴直径的改变对模型表面的水滴收集率影响较小,试验速度与参考速度的比值在0.3～1.0之间变动,均可以在模型和全尺寸物体上得到一致的水滴收集率。

关键词：飞机结冰结冰风洞结冰相似准则水滴直径结冰试验

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基于等Weber数的结冰外形修正

空气动力学学报 2016年第6期34卷 697-703页

作者：易贤郭龙周志宏杜雁霞朱国林中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000 四川大学工程力学系四川成都610065

由于设备条件的限制,在进行结冰风洞试验时,试验Weber数与目标Weber数往往存在差异,为了获得与目标Weber数对应的冰形,需要对试验结果进行修正。本文分析了进行Weber数修正的原因,提出了根据几何特征量进行结冰外形修正的方法,并以某超... 详细信息

由于设备条件的限制,在进行结冰风洞试验时,试验Weber数与目标Weber数往往存在差异,为了获得与目标Weber数对应的冰形,需要对试验结果进行修正。本文分析了进行Weber数修正的原因,提出了根据几何特征量进行结冰外形修正的方法,并以某超临界翼型为对象,对不同Weber条件下的结冰外形进行了仿真,研究了Weber数变化对结冰的影响规律,在此基础上开展了基于等Weber数的结冰外形修正。研究发现:(1)Weber数主要影响冰角特征,对水滴收集特性、结冰极限及驻点冰厚度影响较小;(2)存在一个敏感Weber数,低于敏感值时,Weber数变化对结冰影响不大,当Weber数高于敏感值时,Weber数变化对结冰有明显影响;(3)采用本文提出的冰形修正方法,能保证冰形的宏观轮廓与目标冰形一致,修正后的冰形能适量消除由于Weber数误差导致的冰形差异,提高试验的精度。

关键词：飞机结冰 Weber数冰形修正结冰风洞结冰相似准则结冰试验飞行安全

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考虑相变时间效应的结冰试验相似参数

实验流体力学 2016年第2期30卷 14-19页

作者：易贤周志宏杜雁霞朱国林中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000

结冰风洞试验是进行飞机结冰和防除冰研究的主要手段,结冰试验相似准则是进行结冰风洞试验的理论基础。针对目前的结冰试验相似准则在明冰模拟方面的不足,本文采用液/固相变的基本理论,对飞机结冰过程的液/固相变传热特性进行了分析和... 详细信息

结冰风洞试验是进行飞机结冰和防除冰研究的主要手段,结冰试验相似准则是进行结冰风洞试验的理论基础。针对目前的结冰试验相似准则在明冰模拟方面的不足,本文采用液/固相变的基本理论,对飞机结冰过程的液/固相变传热特性进行了分析和研究。在此基础上,提出了一个新的结冰试验相似参数CT,该参数与基于Messinger结冰热力学模型所得到的相似参数的主要区别是考虑到了结冰的干模式和湿模式,体现了相变的时间效应。通过将新的相似参数引入现有结冰试验相似准则中,可有效避免试验压力与速度选取的随意性。以NACA0012翼型和某超临界翼型为对象,对新相似参数的有效性进行了数值仿真评估,结果显示,采用本文提出的相似参数及相应的试验参数确定方法,能够得到与参考条件一致的水滴收集率和结冰,初步说明新相似参数的是有效的,研究结果对于提高明冰及混合冰试验模拟的精度具有较好的参考价值。

关键词：飞机结冰结冰风洞结冰相似准则结冰模型传热相变