论文摘要：翼型结冰气动特性与飞行安全

结冰会恶化飞机气动特性，严重的会危害飞机飞行安全。因此，研究结冰对机翼/翼型气动特性的影响及其规律至关重要。基于此，本文采用计算流体力学（CFD）方法研究翼型结脊形冰和角形冰后气动特性的变化规律，并基于多段翼型结冰后气动特性的变化规律分析飞机起降安全性，主要结论如下：1、在Fluent软件基础上编程添加基于分离涡模拟（DES）思想的一种新湍流模型（XY-SAS模型），并用于结冰翼型的气动特性计算，结果表明其稍好于现有模型方法。2、对于翼型结冰冰形为脊形冰，分别讨论了不同结冰位置、厚度、形状及雷诺数、马赫数和攻角变化时翼型结冰对气动特性的影响。结果发现：存在弦向结冰对气动特性影响最大的临界位置，且该位置随着攻角增大而前移，反之亦然；随着结冰厚度的增加，翼型上表面会逐渐出现分离泡并发展至后缘，最后导致上翼面完全分离，失速发生；不同形状冰形对气动特性均有影响，在所研究的冰形中对气动特性影响最大和最小的形状均为三角形冰；不同雷诺数下（马赫数相同）和不同马赫数下（雷诺数相同），结冰对气动特性影响不大；结冰对气动特性的影响随攻角的增大而变大。3、对于翼型结冰冰形为前缘角形冰，考察了临界结冰条件下结冰对气动特性的影响。结果发现：小攻角下，上下翼面均产生分离气泡，导致上翼型前缘吸力峰消失。攻角变大后，上翼面气泡变大，下翼面变小，使得上翼面吸力逐渐减小，下翼面压力增大，翼型的阻力主要来源于压差。4、分析结冰对多段翼气动特性的影响发现：较小攻角下，结冰翼型上翼面产生分离是气动特性变差的原因，但其分离形式为后缘分离，与结脊形冰和前缘角形冰的翼型分离形式不同（其为前缘分离）。5、初步分析了结冰对飞机飞行性能的影响，结果发现起飞时，结冰使飞机的起飞速度增大、起飞滑跑距离加长，增大攻角容易失速；着陆时，速度很大，飞行员拉杆减速也容易导致飞机失速。此外，结冰使飞机的爬升角减小，下滑角增大，总体飞行性能下降。6、对霜冰的结冰过程进行数值模拟耦合计算，其中采用了简化边界条件的处理方式，模拟结果与实验吻合较好，为进一步实现复杂冰形的精确数值模拟奠定基础。

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