飞机三维结冰模型及其数值求解方法

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1、第31卷第11期航空学报V01．31No．112010年11月ACTAAER()NAUTICAETASTR()NAUTICASINICANov．2010文章编号：1000一6893(20lO)11-2152—07飞机三维结冰模型及其数值求解方法易贤，桂业伟，朱国林(中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室，四川绵阳621000)NumericalMethodofaThree-dimensionalIceAccretionModelofAircraftYiXian。GuiYewei。ZhuGuolin(StateKeyLaboratoryofAerodynamics，Chi

2、naAerodynamicsResearchandDevelopmentCenter，Mianyang621000，China)摘要：对飞机结冰外形进行纯三维数值模拟，是目前飞机结冰预测中的一大难点。为了建立三维结冰数值模拟方法，基于Messinger的二维结冰模型。提出了一种考虑液态水溢流效应的三维结冰计算模型，并针对该模型建立了表面单元内溢流水流动的分配方案、发展了相应的迭代求解方法。采用本文方法对MS-317后掠翼结冰进行了计算，并与实验和Lewice3D的计算结果进行了对比。研究结果显示：本文方法具有较好的收敛性，计算的霜冰和明冰外形均与Lewice3D计算的冰形一致；对于

3、霜冰和结冰时间较短的明冰，本文计算的冰形与实验吻合较好；对于结冰时间较长的明冰，本文计算的冰形与实验对比还有一定差异，但冰生长的总体趋势和大致体积与实验一致。同时，对比了M孓317无后掠翼与有后掠翼结明冰的外形，发现机翼后掠导致的三维溢流效应对结冰外形有明显影响。因此，对于三维结冰分析，如果用二维截面的结果来代替三维结果，其合理性还需验证。关键词：飞机结冰；三维结冰模型；溢流水；水滴收集率；欧拉法；数值计算中图分类号：V211．3文献标识码：AAbstract：AmajordifficultyinthepredictionofaircrafticingistOcalculateth

4、ethree-dimensionaliceshapeonthesurfaceofanaircraft．ThemainpurposeofthisarticleistOestablishanumericalmethodforcalculatingthethree-dimensionaliceaccretion．BasedontheclassicicingmodelproposedbyMessinger，athree—dimensionalmodelispresentedinthearticlewhichtakesintoconsiderationtheeffectofrunbackwa

5、ter．Thenthemethodofdecidingtheflowingdirectionandfluxoftherunbackwateronthesurfacecellisgiven，andaniterativealgo-rithmforsolvingthemodelisdeveloped．1eeaccretiononanMS-317sweptwingiscalculated，andtheconse-quenticeshapeiscomparedwiththatofanexperimentandLewice3D．Theresultsshowthattheconvergenceo

6、fthismethodandarithmeticisgood，andbothrimeandglazeiceshapeagreewellwiththeresultsofLewice3D．Forrimeiceandshorttimeglazeice，thecomputationalresultsareingoodagreementwithexperi—mentaldata；forlongtimeglazeice，therearesomediscrepenciesbetweenthecomputationalandexperimentalshape．However，theoverallg

7、rowthpatternsandsizeoficeisreproducedwell．Theglazeiceshapeofanon-sweptwingisalsocomparedwiththatofasweptwing，whichshowsthatthethree-dimensionaleffectofrUB—backwatercausedbythesweptwingaffectsicingsignificantly．Therefore，furtherverificat