考虑动力学效应的SLD结冰相似参数研究

发布时间：2020-05-20 22:36

【摘要】：飞机结冰是威胁飞行安全的主要因素之一,目前结冰风洞进行过冷大水滴(SLD)条件下的结冰试验面临诸多困难,需要依赖相似准则提供理论指导和参数选取依据。相较于小水滴,SLD在运动和撞击过程中伴随着明显的动力学行为,而现有的小水滴结冰试验相似准则并未考虑这些因素,不能满足结冰风洞试验的相似性要求,开展SLD结冰试验相似准则研究十分必要。针对以上背景,本文重点围绕SLD运动过程的变形/破碎特性、水滴与物面撞击过程的飞溅特性开展研究,目的是掌握水滴动力学特性的影响规律,提出可用于指导SLD结冰风洞试验的相似参数。论文主要完成了以下几方面的工作:(1)建立了基于拉格朗日法的水滴运动及撞击数值计算方法,并加入典型的变形/破碎模型和飞溅模型,开发了相应的计算程序,并且基于小水滴结冰相似理论,建立了试验参数的选取方法,将小水滴相似准则应用于SLD结冰,发现其不适用于大水滴;(2)研究了SLD运动中的变形/破碎特性,对比了流场速度、水滴直径、绕流物体尺寸对变形/破碎及其效应的影响规律,提出了一个同时反映变形/破碎效应的考虑多因素影响的综合影响参数;(3)研究了SLD撞击过程中的飞溅特性,对比了速度、直径、物体尺寸对飞溅及其效应的影响规律,提出了一个反映飞溅效应的综合影响参数;(4)基于两个综合影响参数,采用量纲分析的方法,提出了两个考虑SLD动力学特性的相似参数,并完成了参数的验证,结合可行性分析,给出了应用建议。通过以上工作,建立了SLD运动及撞击特性的计算方法和程序,创新性提出了两个综合影响参数X_b和X_s,它们分别表征了多因素对SLD变形/破碎、飞溅的影响。并得到了两个具有工程应用前景的、考虑SLD动力学特性的相似参数π_b和π_s,具有重要的学术意义和工程价值。
【图文】：

军事科学院硕士学位论文重，除冰难度更大。同时，大水滴在运动和撞击过程中易发生变形、破碎、飞溅和二次撞击等现象（如图 1.2），使得其结冰过程更复杂。具体地，由于水滴在气动力的作用下会发生变形，进而导致阻力系数增加，从而影响水滴轨迹；并且当变形达到一定程度，SLD 会发生破碎，，破碎会改变云雾场的水滴直径及分布；当SLD 产生飞溅时，会形成大量较小的水滴，并且有可能落到没有防/除冰设备的区域，发生二次撞击冻结而导致非常严重的后果。所以，研究大水滴结冰对全面认识飞机结冰问题具有不可替代的重要意义。

结冰相似准则，该相似准则的局部水收滴飞溅后的二次撞击的相似要求。文献考虑相变时间效应的结冰试验相似参数该相似参数，能够得到与参考条件一致似参数是有效的。试验相似准则都属于飞机结冰研究的重研究仍处于起步阶段，对 SLD 结冰的认技术尚在发展之中，还未形成 SLD 结冰1.3 本文主要工作试验准则已经有了丰硕的研究成果，但力学行为，因此本文从 SLD 的动力学特过程分析、动力学综合影响参数归纳、相行（如图 1.4）。
【学位授予单位】：军事科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V211.74;V321.229

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本文编号：2673305