結(jié)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(jié)冰是現(xiàn)代飛行安全中的最大的環(huán)境隱患。對(duì)大量飛行事故的研究表明,即使飛機(jī)的關(guān)鍵部位只發(fā)生少量結(jié)冰,也會(huì)嚴(yán)重影響飛機(jī)的升阻力特性及其他氣動(dòng)性能,引起飛機(jī)操縱性和穩(wěn)定性的惡化;對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言,進(jìn)氣部件的結(jié)冰輕則會(huì)堵塞發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流路,重則會(huì)引發(fā)進(jìn)氣畸變,造成推力的急劇下降,渦輪進(jìn)口溫度上升。此外,脫落的冰塊還有可能直接撞擊風(fēng)扇及內(nèi)涵壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片,造成發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損傷,這些都可能引發(fā)嚴(yán)重的飛行安全事故。因此,開展飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)防冰研究,

2、可以使人們更深入認(rèn)識(shí)結(jié)冰產(chǎn)生的機(jī)理,把握結(jié)冰危害飛行安全的規(guī)律,為飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)防/除冰裝置的設(shè)計(jì)、積冰條件下飛行和操作規(guī)范的制定提供理論基礎(chǔ)。
　　結(jié)冰環(huán)境下,撞擊飛機(jī)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(jī)防冰試驗(yàn)研究中最基礎(chǔ)的內(nèi)容,材料表面特性對(duì)于防冰效果的影響是較有潛力的被動(dòng)式防冰研究內(nèi)容,本文分別采用理論分析、數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)擬合,對(duì)以上問題進(jìn)行了一系列的研究,主要包括以下幾點(diǎn):
　　1)通過對(duì)過冷水滴—

3、—空氣混合流場進(jìn)行計(jì)算,建立描述冰風(fēng)洞中水滴運(yùn)動(dòng)過程中各個(gè)參數(shù)變化的數(shù)學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上對(duì)水滴運(yùn)動(dòng)過程中的溫度、速度、粒徑等參數(shù)變化進(jìn)行研究,分析不同來流速度、溫度、水滴初溫和來流相對(duì)濕度對(duì)于水滴狀態(tài)參數(shù)和撞擊時(shí)各參數(shù)的影響,以此定量得到測試環(huán)境參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
　　2)開展過冷水滴撞擊過程中融合、飛濺等動(dòng)力學(xué)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(guān)系,得出

4、水滴撞擊之后融合或飛濺的變化情況,從而對(duì)飛機(jī)表面水滴實(shí)際的收集情況進(jìn)行模擬。
　　3)對(duì)于不同表面,如疏水涂層表面和普通鋁制表面的水膜流動(dòng)特性,對(duì)水膜在氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下的流動(dòng)破裂特性進(jìn)行理論分析和試驗(yàn)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(yàn)關(guān)聯(lián)式,并結(jié)合理論模型分析不同疏水性質(zhì)涂層對(duì)于結(jié)冰過程中表面換熱特性及結(jié)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