結冰環(huán)境下過冷水滴參數(shù)變化及其撞擊特性分析.pdf

1、飛行結冰是現(xiàn)代飛行安全中的最大的環(huán)境隱患。對大量飛行事故的研究表明,即使飛機的關鍵部位只發(fā)生少量結冰,也會嚴重影響飛機的升阻力特性及其他氣動性能,引起飛機操縱性和穩(wěn)定性的惡化;對于航空發(fā)動機而言,進氣部件的結冰輕則會堵塞發(fā)動機進氣流路,重則會引發(fā)進氣畸變,造成推力的急劇下降,渦輪進口溫度上升。此外,脫落的冰塊還有可能直接撞擊風扇及內(nèi)涵壓氣機轉(zhuǎn)子葉片,造成發(fā)動機的機械損傷,這些都可能引發(fā)嚴重的飛行安全事故。因此,開展飛機及發(fā)動機防冰研究,

2、可以使人們更深入認識結冰產(chǎn)生的機理,把握結冰危害飛行安全的規(guī)律,為飛機及發(fā)動機防/除冰裝置的設計、積冰條件下飛行和操作規(guī)范的制定提供理論基礎。
　　結冰環(huán)境下,撞擊飛機防冰部件表面過冷水滴的參數(shù)及水滴撞擊特性的研究,是飛機防冰試驗研究中最基礎的內(nèi)容,材料表面特性對于防冰效果的影響是較有潛力的被動式防冰研究內(nèi)容,本文分別采用理論分析、數(shù)值計算和試驗擬合,對以上問題進行了一系列的研究,主要包括以下幾點:
　　1)通過對過冷水滴—

3、—空氣混合流場進行計算,建立描述冰風洞中水滴運動過程中各個參數(shù)變化的數(shù)學模型,并在此基礎上對水滴運動過程中的溫度、速度、粒徑等參數(shù)變化進行研究,分析不同來流速度、溫度、水滴初溫和來流相對濕度對于水滴狀態(tài)參數(shù)和撞擊時各參數(shù)的影響,以此定量得到測試環(huán)境參數(shù)對試驗結果的影響。
　　2)開展過冷水滴撞擊過程中融合、飛濺等動力學特性的研究。通過理論分析,從能量角度出發(fā)建立過冷水滴在撞擊過程前、后能量變化的模型,根據(jù)能量與形態(tài)的平衡關系,得出

4、水滴撞擊之后融合或飛濺的變化情況,從而對飛機表面水滴實際的收集情況進行模擬。
　　3)對于不同表面,如疏水涂層表面和普通鋁制表面的水膜流動特性,對水膜在氣動力驅(qū)動下的流動破裂特性進行理論分析和試驗研究,觀察水膜在不同速度、溫度、厚度下的破裂情況,試得出水膜破裂的經(jīng)驗關聯(lián)式,并結合理論模型分析不同疏水性質(zhì)涂層對于結冰過程中表面換熱特性及結冰速度和形狀的影響。
　　本文主要以建立水滴、空氣混合流場、分析不同水滴的撞擊特性和研究材