基于数值模拟的飞机机翼积冰研究

发布时间：2017-09-05 01:08

  本文关键词：基于数值模拟的飞机机翼积冰研究

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【摘要】：积冰现象是飞行事故的重要原因之一,而飞机机翼又是飞机容易产生积冰的主要部件。飞机在容易形成积冰的气象条件下飞行时,过冷水滴撞击到飞机机翼迎风表面产生积冰,称之为飞机机翼积冰。机翼积冰改变了机翼气动外形,从而使得飞机飞行时机翼产生的升力降低,阻力增加,严重影响了飞行安全。对飞机机翼积冰主要研究方法有工程估算、试验研究和数值模拟。本文使用数值模拟方法对飞机机翼积冰进行研究,主要包括:1.基于不可压N-S方程求解空气流场;2.采用以Reynolds平均法为理论的S-A湍流模型;3.基于考虑空气黏性的欧拉两相流法建立过冷水滴运动方程来求解过冷水滴运动轨迹和撞击特性;4.在Messinger传统热力学模型的基础上,考虑了积冰表面浅水膜流动,建立了改进型积冰热力学模型;5.积冰表面粗糙度计算模型主要是基于美国国家航空航天局经验公式和数据。本文以NACA0012和NACA0015翼型为例。数值计算了三种典型温度下NACA0012翼型的积冰,计算结果和实验结果较为吻合。由此也证明了本文建立的数值模拟机翼积冰计算方法是可行、有效的。并且分析了不同积冰参数对NACA0012翼型积冰冰形、水滴收集率和过冷水滴运动轨迹的影响。以NACA0015翼型和两种典型温度下所形成积冰翼型为例,从升阻力特性、压力分布特性和空气绕流流动特性,三个方面分析了机翼积冰对气动性能的影响。
【关键词】：数值模拟 机翼积冰 空气流场 过冷水滴 积冰热力学模型 气动特性
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V321.229
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 研究背景11-13
• 1.1.1 飞机积冰现象11-12
• 1.1.2 飞机积冰对飞行安全的影响12-13
• 1.2 国内外对数值模拟飞机积冰的研究现状13-16
• 1.2.1 国外对数值模拟飞机积冰的研究现状13-15
• 1.2.2 国内对数值模拟飞机积冰的研究现状15-16
• 1.3 飞机防冰及除冰系统16-18
• 1.4 飞机积冰的研究方法18-23
• 1.4.1 工程估算18
• 1.4.2 试验研究18-20
• 1.4.3 数值模拟20-23
• 1.5 本文研究内容及意义23-25
• 第二章 翼型空气流场计算25-30
• 2.1 引言25
• 2.2 流体控制方程25-27
• 2.2.1 连续方程25-26
• 2.2.2 运动方程26
• 2.2.3 能量方程26-27
• 2.3 湍流模型27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 过冷水滴运动和撞击特性研究30-36
• 3.1 引言30
• 3.2 欧拉两相流法建立水滴控制方程30-31
• 3.3 过冷水滴的撞击特性31-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第四章 翼型积冰的数学模型36-44
• 4.1 引言36
• 4.2 数值模拟机翼积冰的基本流程36-37
• 4.3 翼型网格的生成37
• 4.4 积冰热力学模型37-40
• 4.4.1 建立积冰热力学模型37-39
• 4.4.2 求解积冰热力学模型39-40
• 4.5 积冰表面粗糙度40-41
• 4.6 算例分析41-42
• 4.7 本章小结42-44
• 第五章 积冰参数对翼型积冰影响特性及气动特性分析44-55
• 5.1 不同积冰参数对翼型积冰影响特性分析44-50
• 5.1.1 迎角的影响44-46
• 5.1.2 液滴直径的影响46-48
• 5.1.3 液态水含量的影响48-50
• 5.2 数值模拟积冰翼型及气动特性分析50-54
• 5.2.1 翼型网格的生成及计算条件50-52
• 5.2.2 积冰对翼型升阻力特性的影响52
• 5.2.3 积冰对翼型压力分布特性的影响52-53
• 5.2.4 积冰对翼型绕流流动特性的影响53-54
• 5.3 本章小结54-55
• 第六章 工作总结与展望55-57
• 6.1 工作总结55-56
• 6.2 展望56-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文62

【参考文献】

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本文编号：794909