数值模拟机翼结冰及其对飞行安全的影响

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1、中图分类号:V355论文编号:102870715-S056学科分类号:083700硕士学位论文数值模拟机翼结冰及其对飞行安全的影响研究生姓名邵晓海学科、专业安全科学与工程研究方向飞行安全指导教师刘星副教授南京航空航天大学研究生院民航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofCivilAviationNumericalSimulationIcingonAirfoilsandtheEffectofitsFlightSafetyAThesisinSafetyScienceandEn

2、gineeringbyShaoXiao-haiAdvisedbyAssociateProf.LiuXingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论

3、文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：摘要飞机飞行的过程中，由于迎风表面受到过冷水滴的撞击，会出现结冰现象，这被称为飞机结冰。一旦机翼发生结冰，其气动外形将发生变化，致使其升力减小，阻力增大，升阻比减小等等，从而引起飞行事故。本文利用数值模拟的方法对机翼结冰进行了研究，以NACA0012翼型和ONERA-M6机翼为计算算例，主要从以下几方面展开：计算气流流场时，考虑到其黏性和不压缩性采用了N-S方程；为了能够精确地模拟分离流动，所以采用S-A湍流模型。通过欧拉两相流

4、法建立过冷水滴的运动方程来计算过冷水滴的运动轨迹和撞击特性，并对过冷水滴的收集特性进行了研究；分析了多尺寸Langumir-D分布和单尺寸对水滴收集系数的影响，以及不同过冷水滴直径对撞击特性的影响。经计算得知：多尺寸分布的水滴撞击极限要远大于单尺寸分布的计算值，所以采用多尺寸分布(Langumir-D)对过冷水滴的撞击特性进行分析更加合理。结冰模型采用冰层表面水膜流动的浅水流动模型，经模拟得到了NACA0012翼型和三维ONERA-M6机翼的结冰情况，给出了结冰冰形图。其冰形结果符合机翼结冰冰形的特点，冰形发展趋势也与相关文献一致，验证了该模型的可行性。关键词：机翼结冰，数值模拟，结冰热力学

5、模型，水滴撞击特性，飞行安全IABSTRACTDuringtheflight,duetotheimpactofsupercooledwaterdroplets,theplanewindwardsurfaceappearsicingphenomenon,whichisknownastheaircrafticing.Oncetheiceaccretionappearsonthewings,tochangeitsaerodynamicshape,leadingtotheliftcoefficientdecreases,andthedragcoefficientincreases,lift-to-d

6、ragratiodecreases,etc.Thatcausesflightaccident.Inthispaper,thewingicingisresearchedusingnumericalsimulation,takingNACA0012airfoilandONERA-M6wingasexample,researchwasmainlydevelopedfromthefollowingseveralaspects:Givenitsviscosityanduncompressibility,theNavier-Stokesequationwaschosentocalculatetheair

7、flowfield;theS-Aturbulencemodelwaschoseninordertosimulatetheseparationflowaccurately.Themotionandimpactcharacteristicsofthesupercooledwaterdropletswereresearched.Thesupercooledwaterdropletsmotionequationwer