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过冷大水滴条件下结冰相似准则

航空动力学报 2019年第5期34卷 1101-1110页

作者：施红王均毅陈佳敏丁媛媛张彤江苏科技大学能源与动力学院江苏镇江212003 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院上海201210 南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

虑到中国现有结冰风洞在过冷大水滴(SLD)结冰条件模拟能力方面的局限,发展SLD结冰风洞及其相应的缩比方法迫在眉睫。研究了大水滴运动机理,并依据绕流流场相似、水滴运动和撞击特性相似、结冰过程热力学特性相似原理,提炼出SLD结冰条件... 详细信息

虑到中国现有结冰风洞在过冷大水滴(SLD)结冰条件模拟能力方面的局限,发展SLD结冰风洞及其相应的缩比方法迫在眉睫。研究了大水滴运动机理,并依据绕流流场相似、水滴运动和撞击特性相似、结冰过程热力学特性相似原理,提炼出SLD结冰条件下的6种相似缩比准则,利用结冰数值模拟软件FENSAP-ICE对所提相似缩比准则进行筛选与比较,从而基于结冰相似百分比量化判断准则找出给定条件下的最优准则法。结果表明:考虑SLD运动特性的撞击参数与ONERA法相耦合的方法以及撞击参数与Ruff法相耦合的方法的计算结果与实际成冰构型吻合良好;此外,撞击参数与ONERA法相耦合的方法在计算直径为171μm的SLD时优于其他。

关键词：过冷大水滴结冰相似准则缩比方法水滴收集系数结冰风洞

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过冷大水滴飞溅特性数值分析

航空学报 2014年第4期35卷 1004-1011页

作者：王超常士楠吴孟龙靳军北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对过冷大水滴(SLD)撞击结冰表面的飞溅现象,开发了基于欧拉法的二维算法程序,该程序将LEWICE飞溅模型和FENSAP飞溅模型耦合到水滴流场控制方程中进行求解,实现了对SLD撞击特性的准定常计算。根据水滴飞溅模型中对于飞溅生成子水滴质... 详细信息

针对过冷大水滴(SLD)撞击结冰表面的飞溅现象,开发了基于欧拉法的二维算法程序,该程序将LEWICE飞溅模型和FENSAP飞溅模型耦合到水滴流场控制方程中进行求解,实现了对SLD撞击特性的准定常计算。根据水滴飞溅模型中对于飞溅生成子水滴质量和速度等信息的定义,通过定义控制方程中的源项,将其耦合到控制方程的求解中,进而研究水滴飞溅效应对于撞击特性的影响。研究发现,由于水滴的飞溅作用,导致翼型壁面附近的液态水含量(LWC)分布发生变化;通过对上述两种典型的SLD飞溅模型进行计算分析,发现了SLD撞击特性的一些共性和不同,并揭示了SLD撞击效应的一般特点。

关键词：过冷大水滴飞溅撞击特性液态水含量源项

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过冷大水滴变形与破碎的影响因素

航空学报 2018年第12期39卷 74-82页

作者：李维浩易贤李伟斌王应宇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绵阳621000

过冷大水滴(SLD)结冰过程中,影响水滴变形与破碎及其导致的效应的因素众多,多种影响因素耦合作用于水滴变形与破碎的规律还未得到清晰认识。采用数值计算的手段,模拟了SLD运动过程中的变形与破碎现象,分别研究了水滴直径、流场速度及绕... 详细信息

过冷大水滴(SLD)结冰过程中,影响水滴变形与破碎及其导致的效应的因素众多,多种影响因素耦合作用于水滴变形与破碎的规律还未得到清晰认识。采用数值计算的手段,模拟了SLD运动过程中的变形与破碎现象,分别研究了水滴直径、流场速度及绕流物体尺寸变化对水滴破碎与变形及其效应的影响。通过研究,提出了包含SLD的典型流场区域划分方法,得到了不同因素对水滴破碎区域面积、物面的水滴收集特性、破碎子水滴分布特性的影响规律,发现水滴直径、流场速度、翼型前缘半径与变形和破碎影响撞击特性的程度呈正相关关系。在此基础上,提出了一个综合影响参数X,线性回归分析的结果初步说明,X是表征水滴变形与破碎及其效应的合适参数。相关工作可以为SLD结冰的计算、试验以及防/除冰设计提供参考。

关键词：飞机结冰过冷大水滴变形与破碎 TAB模型水滴收集特性

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过冷大水滴结冰多参数敏感性分析

Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2023年第4期40卷 420-433页

作者：邓甜王嘉琦刘飞宇中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室绵阳621000

过冷大水滴结冰现象对飞机的安全运行造成了严重的威胁。本文采用Sobol序列采样法、径向基函数法、Sobol’s敏感性指数分析法对结冰表面粗糙度、冰密度、有无蒸发、水滴尺寸分布、步长数进行分析,通过单一参数的一阶敏感性指数表征其对... 详细信息

过冷大水滴结冰现象对飞机的安全运行造成了严重的威胁。本文采用Sobol序列采样法、径向基函数法、Sobol’s敏感性指数分析法对结冰表面粗糙度、冰密度、有无蒸发、水滴尺寸分布、步长数进行分析,通过单一参数的一阶敏感性指数表征其对冰形参数的影响程度,通过总敏感性指数比较上述参数之间的相互作用对结冰冰形或结冰量的影响。研究发现,翼型前缘冰形特征参数对上述各参数的敏感性存在一致性规律,均受结冰表面粗糙度影响最大,总敏感指数大于0.4761,而受步长数影响最小,约为0.2,其余参数的影响程度从大到小依次为蒸发、水滴尺寸分布和冰密度.

关键词：机翼结冰过冷大水滴敏感性分析冰形特征性参数

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过冷大水滴相继撞壁对结冰影响的实验研究

实验流体力学 2018年第2期32卷 28-34页

作者：徐弘孔维梁王福新刘洪上海交通大学航空航天学院上海200240

目前过冷大水滴(SLD)撞击结冰机理未能清楚解释SLD间的相互干扰对撞击结冰过程的影响。实验用高速相机拍摄双SLD偏移一定位置相继撞击壁面结冰的物理过程,研究双SLD落点间的偏移、相继撞击的时间间隔对结冰形态及结冰速度的影响。实验表... 详细信息

目前过冷大水滴(SLD)撞击结冰机理未能清楚解释SLD间的相互干扰对撞击结冰过程的影响。实验用高速相机拍摄双SLD偏移一定位置相继撞击壁面结冰的物理过程,研究双SLD落点间的偏移、相继撞击的时间间隔对结冰形态及结冰速度的影响。实验表明:双SLD间的相互干扰会抑制撞击后的回缩行为进而影响结冰形态,降低结冰速度,延长双SLD完全冻结时间:双SLD落点位置偏移量的大小对结冰形态和结冰速度的影响均很大,相继撞击时间间隔的长短对结冰形态影响不大,主要影响结冰速度。

关键词：过冷大水滴撞击结冰偏移时间间隔结冰形态结冰速度

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过冷大水滴动力学特性对结冰影响数值研究

空气动力学学报 2016年第5期34卷 549-555页

作者：桑为民胡少华鲁天西北工业大学航空学院陕西西安710072

对比常规水滴,过冷大水滴结冰对飞机气动性能和飞行安全具有更大的危害性。在常规水滴结冰过程数值模拟基础上,针对过冷大水滴条件下各种动力学特性及其对成冰过程的影响进行了数值研究。采用结构化网格和中心有限体积法求解N-S方程获... 详细信息

对比常规水滴,过冷大水滴结冰对飞机气动性能和飞行安全具有更大的危害性。在常规水滴结冰过程数值模拟基础上,针对过冷大水滴条件下各种动力学特性及其对成冰过程的影响进行了数值研究。采用结构化网格和中心有限体积法求解N-S方程获得空气流场,用拉格朗日法求解水滴流场,基于改进的Messinger热力学模型完成结冰过程模拟;对于过冷大水滴,采用泰勒类比理论和水滴碰撞模型,对比分析了水滴动力学特性及其对结冰过程的影响;通过数值模拟获得了水滴Langmuir D分布的撞击特性及结冰计算结果,研究了水滴多尺度分布对成冰过程的影响规律。通过一些典型结冰算例的数值模拟,并与参考文献结果及实验数据的对比分析,说明了本文计算方法及计算模型模拟过冷大水滴结冰是可行和正确的。

关键词：结冰过冷大水滴撞击特性水滴多尺度分布翼型

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过冷大水滴结冰探测技术研究进展

实验流体力学 2016年第3期30卷 33-39页

作者：张洪张文倩郑英华中科技大学自动化学院武汉430074

过冷大水滴结冰是飞机结冰防护领域出现的新问题和新挑战,大水滴结冰探测是保障飞机飞行安全的关键技术,制约飞机结冰防护系统的整体发展。论文搜集和整理了相关科技文献,从结冰机理和探测原理角度分析了结冰探测技术所面临的新挑战和机... 详细信息

过冷大水滴结冰是飞机结冰防护领域出现的新问题和新挑战,大水滴结冰探测是保障飞机飞行安全的关键技术,制约飞机结冰防护系统的整体发展。论文搜集和整理了相关科技文献,从结冰机理和探测原理角度分析了结冰探测技术所面临的新挑战和机遇,通过对最新适航规范的分析,总结了大水滴结冰探测技术的新要求。按技术成熟度为主线对过冷大水滴结冰探测技术进行了详细介绍和全面总结,并首次提出探头型结冰探测器的水滴轨迹检测和溢流特性检测分类方法。

关键词：过冷大水滴结冰结冰探测适航规范水滴轨迹检测溢流特性检测

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结冰风洞过冷大水滴试验中混合翼设计

航空学报 2023年第1期44卷 76-82页

作者：束珺徐东光韩志熔李斯黄雄中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院上海201210 中国航空工业空气动力研究院沈阳110034 西北工业大学自动化学院西安710072

开展结冰风洞过冷大水滴结冰试验验证了现有混合翼设计准则。结冰风洞过冷大水滴结冰试验条件采用大、小水滴两种喷嘴组合喷雾实现了与冻毛毛雨水滴质量“双峰”分布曲线非常符合的过冷大水滴结冰环境模拟。以0.50 m弦长的NACA0012翼型... 详细信息

开展结冰风洞过冷大水滴结冰试验验证了现有混合翼设计准则。结冰风洞过冷大水滴结冰试验条件采用大、小水滴两种喷嘴组合喷雾实现了与冻毛毛雨水滴质量“双峰”分布曲线非常符合的过冷大水滴结冰环境模拟。以0.50 m弦长的NACA0012翼型为原始翼型,基于面向工程、面向适航的混合翼设计准则通过求解Navier-Stokes(NS)方程计算翼面压力分布,以混合翼与原始翼型驻点位置和前缘吸力峰值尽可能重合为目标,在保证前缘附近与原始翼型相同的基础上混合翼的设计弦长缩短50%。在结冰风洞中开展冻毛毛雨环境下的结冰试验验证混合翼设计效果,结果显示混合翼型与原始翼型模型前缘表面的冰形特征基本一致,局部冰形存在少量差异,混合翼型模型表面冰形冰高略偏大。所得结论表明现有混合翼设计准则在冻毛毛雨环境下依旧适用,可供后续开展相关民机型号的过冷大水滴结冰风洞试验参考。

关键词：过冷大水滴混合翼翼型设计结冰风洞试验飞机结冰

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水滴撞击飞溅效应对过冷大水滴结冰影响研究

西北工业大学学报 2016年第5期34卷 739-746页

作者：桑为民贾韫泽鲁天西北工业大学航空学院陕西西安710072 中国飞行试验研究院飞行部陕西西安710089

过冷大水滴(SLD)结冰的结冰量较大、位置靠后且容易形成复杂冰型,对飞机气动性能和飞行安全具有更大危害性。在结冰过程数值模拟的基础上,针对SLD条件下水滴撞击的飞溅效应及其对成冰过程影响进行研究。采用结构化网格和中心有限体积法... 详细信息

过冷大水滴(SLD)结冰的结冰量较大、位置靠后且容易形成复杂冰型,对飞机气动性能和飞行安全具有更大危害性。在结冰过程数值模拟的基础上,针对SLD条件下水滴撞击的飞溅效应及其对成冰过程影响进行研究。采用结构化网格和中心有限体积法求解N-S方程获得空气流场,运用拉格朗日法求解水滴流场,基于改进的Messinger热力学模型进行翼面结冰模拟。对SLD结冰,采用飞溅碰撞模型,分析了水滴飞溅现象及其对SLD结冰过程的影响,完成了典型翼型结冰算例的数值模拟和分析讨论,与参考文献和试验结果的对比,说明了文中计算模型及计算方法在模拟SLD结冰的撞击飞溅效应时是可行和正确的,获得的影响规律和结论对于深入研究SLD结冰具有重要的参考价值。

关键词：飞机结冰过冷大水滴水滴飞溅拉格朗日方法 N-S方程