大型飞机过冷大水滴结冰理论及适航安全研究
发布时间：2021-06-25 19:18
过冷大水滴,区别于传统认知的附录C范围,属于极端危险的飞行环境。过冷大水滴结冰适航安全,存在着复杂的动力学、热力学及气动力影响特征,其内在机制和基础理论都有待进一步完善。本文以粒径尺度为切入点,从机理和适航性两个层面上,逐一解读过冷大水滴结冰的特异性。在结冰基础理论方面,本文以“过冷大水滴撞击结冰实验”为第一视角,真实再现了过冷大水滴在高速撞击壁面过程中快速结冰的现象,体现了其撞击过程与传热相变的高度耦合性,并结合理论分析,将产生快速结冰现象的原因归结为粒径增大对过冷量扩散效率Bi和有效换热时间Fo的提升。参考“撞击结冰机理实验”的数据,本文在传统的冰形模拟算法中引入了半经验的过冷大水滴碰撞传热模型,用于水滴高速撞击过程中的非稳态强对流换热量估算,研究表明,碰撞传热模型的引入有效地提高了过冷大水滴条件下的结冰模拟能力。增加了翼型前缘,尤其是驻点上下两侧的快速结冰量,从而使得结冰翼型的角冰形态更为明显。在结冰适航性方面,本文以SJTUICE结冰-气动计算程序为技术手段,重点对比了带控制面、襟缝翼的复杂翼型在“角冰”和“脊冰”（静态）,“过冷大水滴”和“非过冷大水滴”环境（动态）下的气动力...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 过冷大水滴结冰基础理论
1.2.2 带冰翼型的气动力特性研究
1.2.3 飞机结冰适航安全研究
1.2.4 研究发展趋势分析
1.3 研究思路
1.4 本文的创新点
1.5 本章小结
第二章 过冷大水滴撞击结冰机理
2.1 研究方法
2.1.1 实验条件
2.1.2 实验方法和设备
2.1.3 测量方法
2.2 实验结果与讨论
2.2.1 过冷大水滴快速结冰现象的发现
2.2.2 过冷大水滴撞击的动力学特征分析
2.2.3 过冷大水滴撞击的结冰特征分析
2.2.4 过冷大水滴撞击的热扩散特征分析
2.3 理论分析与讨论
2.3.1 物理假设与方程构建
2.3.2 方程的解和传热分析
2.4 本章小结
第三章 过冷大水滴结冰模拟方法
3.1 模拟方法
3.1.1 过冷大水滴碰撞传热模型
3.1.2 过冷大水滴运动控制模型
3.1.3 过冷态水层结冰模型
3.2 方法验证
3.2.1 冰形特征比较
3.2.2 特征参数比较
3.2.3 应用分析比较
3.3 本章小结
第四章 过冷大水滴结冰后气动特性
4.1 计算方法
4.1.1 非定常计算方法
4.1.2 湍流模型
4.1.3 网格划分
4.2 过冷大水滴结冰翼型的控制面效能变化特征
4.2.1 算法验证
4.2.2 特征分析
4.3 过冷大水滴持续结冰过程中的增升装置效能研究
4.3.1 算法验证
4.3.2 结冰特征分析
4.3.3 气动特性分析
4.4 本章小结
第五章 过冷大水滴结冰适航安全
5.1 平尾翼型持续冰污染的气动性能比较
5.2 沿展向的多段翼冰污染特征及气动性能比较
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文的主要工作
6.2 本文的后续展望
参考文献
符号与标记（附录 1）
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]大粒径过冷水滴结冰模拟破碎模型研究[J]. 张辰,孔维梁,刘洪. 空气动力学学报. 2013(02)
[2]多段翼型结冰数值模拟研究[J]. 周志宏,李凤蔚,李广宁,张淼. 西北工业大学学报. 2011(01)
[3]基于CFD的水收集系数及防冰表面温度预测[J]. 卜雪琴,林贵平. 北京航空航天大学学报. 2007(10)
[4]飞机机翼结冰过程的数值模拟[J]. 陈维建,张大林. 航空动力学报. 2005(06)
[5]考虑传质传热效应的翼型积冰计算[J]. 易贤,朱国林. 空气动力学学报. 2004(04)
硕士论文
[1]SLD碰撞结冰机理实验研究[D]. 李海星.上海交通大学 2013
[2]面向SLD适航需求的大型客机翼型结冰安全性研究[D]. 李焱鑫.上海交通大学 2013
[3]动力学效应影响下的大粒径过冷水成冰机理研究[D]. 张辰.上海交通大学 2012
本文编号：3249801
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 过冷大水滴结冰基础理论
1.2.2 带冰翼型的气动力特性研究
1.2.3 飞机结冰适航安全研究
1.2.4 研究发展趋势分析
1.3 研究思路
1.4 本文的创新点
1.5 本章小结
第二章 过冷大水滴撞击结冰机理
2.1 研究方法
2.1.1 实验条件
2.1.2 实验方法和设备
2.1.3 测量方法
2.2 实验结果与讨论
2.2.1 过冷大水滴快速结冰现象的发现
2.2.2 过冷大水滴撞击的动力学特征分析
2.2.3 过冷大水滴撞击的结冰特征分析
2.2.4 过冷大水滴撞击的热扩散特征分析
2.3 理论分析与讨论
2.3.1 物理假设与方程构建
2.3.2 方程的解和传热分析
2.4 本章小结
第三章 过冷大水滴结冰模拟方法
3.1 模拟方法
3.1.1 过冷大水滴碰撞传热模型
3.1.2 过冷大水滴运动控制模型
3.1.3 过冷态水层结冰模型
3.2 方法验证
3.2.1 冰形特征比较
3.2.2 特征参数比较
3.2.3 应用分析比较
3.3 本章小结
第四章 过冷大水滴结冰后气动特性
4.1 计算方法
4.1.1 非定常计算方法
4.1.2 湍流模型
4.1.3 网格划分
4.2 过冷大水滴结冰翼型的控制面效能变化特征
4.2.1 算法验证
4.2.2 特征分析
4.3 过冷大水滴持续结冰过程中的增升装置效能研究
4.3.1 算法验证
4.3.2 结冰特征分析
4.3.3 气动特性分析
4.4 本章小结
第五章 过冷大水滴结冰适航安全
5.1 平尾翼型持续冰污染的气动性能比较
5.2 沿展向的多段翼冰污染特征及气动性能比较
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文的主要工作
6.2 本文的后续展望
参考文献
符号与标记（附录 1）
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]大粒径过冷水滴结冰模拟破碎模型研究[J]. 张辰,孔维梁,刘洪. 空气动力学学报. 2013(02)
[2]多段翼型结冰数值模拟研究[J]. 周志宏,李凤蔚,李广宁,张淼. 西北工业大学学报. 2011(01)
[3]基于CFD的水收集系数及防冰表面温度预测[J]. 卜雪琴,林贵平. 北京航空航天大学学报. 2007(10)
[4]飞机机翼结冰过程的数值模拟[J]. 陈维建,张大林. 航空动力学报. 2005(06)
[5]考虑传质传热效应的翼型积冰计算[J]. 易贤,朱国林. 空气动力学学报. 2004(04)
硕士论文
[1]SLD碰撞结冰机理实验研究[D]. 李海星.上海交通大学 2013
[2]面向SLD适航需求的大型客机翼型结冰安全性研究[D]. 李焱鑫.上海交通大学 2013
[3]动力学效应影响下的大粒径过冷水成冰机理研究[D]. 张辰.上海交通大学 2012
本文编号：3249801
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3249801.html
