机翼结冰分析与防除冰系统设计验证

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1、第7卷第4期2016年11月航空工程进展ADVANCESINAER()NAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．7No．4NOV．2016文章编号：1674—8190(2016)04—439—08机翼结冰分析与防除冰系统设计验证王海涛，毛玉坤(西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：飞机在结冰条件下飞行时可能发生结冰，飞机一旦结冰，会对安全飞行带来较大的隐患，如何降低飞机结冰带来的危害已成为飞机设计研究的重点内容。通过FENSAP—ICE对机翼进行数值模拟，并通过改进Messinger结冰热力学模型模拟更加真实的飞行情况；分析不同飞行环境下，

2、飞机结冰前后机翼气动特性的变化，同时针对机翼设计一套防除冰系统并验证其可行性。结果表明：飞行速度越大，机翼表面的局部水收集系数越大；环境温度会影响机翼结冰的类型和结冰厚度，机翼发生结冰时，其升力系数减小、阻力系数增大，机翼的气动特性受到严重的影响；设计的电热防冰系统可以有效地预防机翼表面结冰，也可以进行周期性除冰。关键词：飞机结冰；数值模拟；FENSAPICE；防冰；除冰中图分类号：V328．1文献标识码：ADOI：10．16615／j．cnki．16748190．2016．04．007AnalysisofAircraftIcingandDesignofAnti—icin

3、gSystemWangHaitao，MaoYukun(SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Whentheairplaneisflyingintheicingcondition，thesurfaceofairplaneislikelytOfreezetOinfluencetheflightsafety．Therefore，themainresearchcontentsfocusondecreasingthedamagecausedbyaircra

4、fticing．BasedonthesoftwareofFENSAP—ICE，thenumericalsimulationofwingsiscompleted．Theicethermodynam—icsmodelofMessingerismodifiedtOsimulatemorerealisticflightconditions．Thechangesofaerodynamiccharacteristicsofwingsbeforeandafteraircrafticingunderdifferentflightconditionsareanalyzed．Meanwhil

5、e，asystemofanti—icingandde—icingisdesignedandthefeasibilityforwingsisverified．Theresultsshowthatthefaster，theflightspeed，thegreater，thelocalwatercollectioncoefficientofthewingsurface．Ambienttempera—tureaffectsthetypeandthicknessofwingicing．Theliftcoefficientdecreases，thedragcoefficientinc

6、reasesandtheaerodynamiccharacteristicsofthewingwillbedeeplyinfluencedwhenthewingisfrozen．Theelectricheat—ingantiicingsystemdesignedcaneffectivelypreventicingonthewingsurfaceandcancarryoutperiodicde—-ic——ing．Keywords：iceaccretiononaircraft；numericalsimulation；FENSAP—ICE；anti—icing；de—icing

7、0引言在一定的条件下，云层中分布着大量的过冷水滴(SupercooledDroplets)，即温度处于冰点以下的液态水滴。当飞机飞行在这类云层时，过冷水滴会撞击在飞机的迎风部件表面，例如机翼前缘、发收稿日期：2016—09—18；修回日期：201611—14通信作者：毛玉坤，17809290183@163．conl动机进气道、驾驶舱玻璃以及各类机载指示器的探头和通讯天线等，极有可能出现结冰现象。飞机一旦结冰，尤其是机翼结冰，不仅破坏了机翼的流线外形，使升力系数减小、阻力系数增大，还会严重影响飞机的气动特性，从而影响飞机的稳定性