飞机机翼积冰数值模拟方法研究

发布时间：2020-12-09 09:24

　　当飞机穿越含有过冷水滴的云层时,水滴会和飞机表面发生碰撞,发生积冰现象。飞机积冰后,特别是提供升力的主要部件机翼发生积冰后,飞机的升力下降,阻力增加,失速迎角变小,严重影响了飞行安全。飞机积冰主要有工程估算、试验和数值模拟三种研究方法,本文采用数值模拟方法对飞机积冰以及积冰后全机气动特性进行研究。在二维积冰方面,本文发展了一套翼型积冰数值模拟软件,并对积冰影响因素进行了深入分析。外流场求解可根据具体积冰条件,选择Euler或N-S求解器;水滴撞击特性采用Lagrange法进行计算;积冰模型采用经典的Messinger模型。在积冰动网格技术方面,发展了动弹网格方法和基于Gridgen软件的网格自动生成方法。对NACA0012进行积冰计算,得到了与试验结果相吻合的冰形,验证了所发展的计算软件的可靠性。在霜冰状态下,针对不同条件,开展了大量数值模拟,得到了不同条件下的积冰冰形,并对不同参数对翼型积冰冰形的影响规律与机理进行了深入分析,给出了分析结论。在三维积冰方面,本文基于驻点位置在积冰过程中的重要性,发展了一种三维积冰二维化方法。首先在机翼上截取典型剖面,考虑三维效应,得到各剖面的当地迎角... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 飞机积冰初步
        1.1.1 飞机积冰现象
        1.1.2 飞机积冰冰形
        1.1.3 飞机积冰的影响因素
        1.1.4 飞机积冰的研究方法概述
    1.2 国内外飞机积冰的数值模拟研究进展
        1.2.1 国外飞机积冰的数值模拟研究进展
        1.2.2 国内飞机积冰的数值模拟研究进展
    1.3 飞机积冰数值模拟中的两个问题
        1.3.1 积冰动网格技术
        1.3.2 三维积冰数值模拟
    1.4 本文工作及研究特色
第二章 积冰动网格处理技术
    2.1 引言
    2.2 结构网格和非结构网格
        2.2.1 结构网格
        2.2.2 非结构网格
    2.3 动弹网格
        2.3.1 弹簧法
            2.3.1.1 平衡长度的确定
            2.3.1.2 倔强系数的确定
            2.3.1.3 顶点弹簧法
        2.3.2 弹簧法算例
    2.4 基于Gridgen软件的网格自动生成
        2.4.1 方法介绍
        2.4.2 网格自动生成算例
    2.5 本章小结
第三章二维积冰数值模拟
    3.1 引言
    3.2 外流场求解
        3.2.1 控制方程
            3.2.1.1 Euler方程
            3.2.1.2 N-S方程
        3.2.2 有限体积法空间离散
            3.2.2.1 对流通量项的计算
            3.2.2.2 粘性通量项的计算
        3.2.3 时间离散
        3.2.4 边界条件
            3.2.4.1 物面边界条件
            3.2.4.2 远场边界条件
        3.2.5 加速收敛措施
            3.2.5.1 当地时间步长
            3.2.5.2 残值光顺
        3.2.6 湍流模型
    3.3 过冷水滴的撞击特性模型
        3.3.1 水滴轨迹的计算
            3.3.1.1 水滴轨迹运动方程的建立
            3.3.1.2 水滴轨迹的求解
        3.3.2 撞击特性的求解
            3.3.2.1 水滴撞击极限
            3.3.2.2 局部水收集系数
    3.4 积冰质量计算模型
        3.4.1 Messinger模型的建立
            3.4.1.1 基本假设
            3.4.1.2 质量守恒方程
            3.4.1.3 能量守恒方程
        3.4.2 Messinger模型的求解
    3.5 积冰冰形的确定
    3.6 软件特色和框架
    3.7 二维积冰算例
        3.7.1 翼型积冰验证算例
        3.7.2 长时间翼型积冰算例
    3.8 本章小结
第四章 霜冰下不同参数对翼型积冰影响特性分析
    4.1 迎角因素
    4.2 飞行速度和水滴直径因素
    4.3 弦长因素
    4.4 翼型厚度因素
    4.5 本章小结
第五章 三维积冰数值模拟及气动特性分析
    5.1 机翼积冰数值模拟方法
        5.1.1 典型剖面选取
        5.1.2 全机流场计算
        5.1.3 当地迎角确定
        5.1.4 剖面冰形计算
        5.1.5 三维冰形拟合
    5.2 某型飞机全机积冰与气动特性计算
        5.2.1 全机积冰
        5.2.2 积冰前后全机气动特性计算
    5.3 本章小结
第六章 工作总结与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]水滴撞击特性的高效计算方法[J]. 周志宏,易贤,桂业伟,李凤蔚.  空气动力学学报. 2014(05)
[2]机翼结冰过程的数值模拟[J]. 杨胜华,林贵平.  航空动力学报. 2011(02)
[3]基于非结构动网格的非定常流数值模拟方法[J]. 伍贻兆,田书玲,夏健.  航空学报. 2011(01)
[4]飞机三维结冰模型及其数值求解方法[J]. 易贤,桂业伟,朱国林.  航空学报. 2010(11)
[5]非结构动网格生成的弹簧-插值联合方法[J]. 周璇,李水乡,陈斌.  航空学报. 2010(07)
[6]S-A湍流模型在N-S方程求解中的应用研究[J]. 李广宁,李杰,李凤蔚.  弹箭与制导学报. 2006(SA)
[7]基于N-S方程的翼型结冰数值模拟[J]. 蒋胜矩,李凤蔚.  西北工业大学学报. 2004(05)
[8]云微物理参数在飞机积冰分析和预报中的应用研究[J]. 曹丽霞,纪飞,刘健文,白洁,王新炜.  气象. 2004(06)
[9]过冷水滴撞击结冰表面的数值模拟[J]. 张大林,杨曦,昂海松.  航空动力学报. 2003(01)
[10]翼型积冰的数值模拟[J]. 易贤,朱国林,王开春,李树民.  空气动力学学报. 2002(04)

博士论文
[1]迎风表面三维积冰的数学模型与计算方法研究[D]. 曹广州.南京航空航天大学 2011
[2]飞机积冰的数值计算与积冰试验相似准则研究[D]. 易贤.中国空气动力研究与发展中心 2007

硕士论文
[1]二维翼型积冰生长过程的数值模拟计算[D]. 付强.哈尔滨工程大学 2013
[2]翼型结冰过程的数值模拟[D]. 朱东宇.南京航空航天大学 2009
[3]基于动态对接网格的非定常流动计算方法研究[D]. 许和勇.西北工业大学 2006
[4]非结构动网格下非定常气动力计算和嗡鸣研究[D]. 史爱明.西北工业大学 2003



本文编号：2906667