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飞机机翼积冰的数值模拟及其在民航中的应用

作　者: 刘成学
导　师: 王永忠
学　校: 中国民用航空飞行学院
专　业: 交通运输规划与管理
关键词: 机翼积冰飞机气动性能过冷大水滴数值模拟 FLUENT 飞机积冰强度
分类号: V328.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 91次
引　用: 2次
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内容摘要

飞机机翼积冰是一种严重影响航空安全的现象,它减小飞机升力、增大阻力、减小失速迎角,同时改变飞机的操纵和稳定性能。轻则影响飞行的安全性和经济性,重则导致机毁人亡的事故。机翼积冰研究的意义重大。本文数值模拟过冷大水滴飞行条件下的机翼积冰对翼型气动性能的影响,并结合前述数值模拟的结果给出了新的积冰强度界定方法。文章从安全性、经济性和航空业发展的需求等角度阐明机翼积冰研究的重要意义,通过收集研读大量论文和研究报告,归纳了国内外研究机翼积冰的三种方法(即飞行试验、冰风洞实验和数值模拟)及其前沿动态,对当前机翼积冰数值模拟研究的最新成果作了总结。分析前人研究发现过冷大水滴条件下的积冰对飞行影响尤为严重,因此本文提出过冷大水滴条件下机翼积冰的数值模拟问题,包括干净翼型和积冰翼型两种情况,之后建立物理模型,给出FLUENT求解该问题的方法。最后,全面分析了当前民航应对飞机积冰措施的不利之处。尤其针对飞机积冰强度的界定存在不足这一问题,以数值模拟为基础,提出了一种依据积冰对翼型气动性能影响严重程度来划分积冰强度的方法。作为例子,据角状光冰对NACA23012翼型最大升力系数的降低程度将其分为极强、强和弱三个等级。研究结果表明,FLUENT可以很好的模拟过冷大水滴条件下形成的积冰对机翼产生的气动性能的影响,它与风洞实验得到的结果较为吻合;过冷大水滴条件下形成的积冰导致飞机气动性能的衰减非常严重;当前飞机积冰强度报告存在不足之处,可以从积冰对飞机气动性能影响严重程度的角度加以改进。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-22
  1.1 研究背景和意义  10-14
    1.1.1 飞机积冰对航空安全的影响  11-12
    1.1.2 飞机积冰对航空运行经济性的影响  12-13
    1.1.3 我国航空业发展的需求  13-14
  1.2 国内外机翼积冰研究方法现状  14-17
    1.2.1 飞行试验  14-15
    1.2.2 风洞实验  15-17
    1.2.3 数值模拟  17
  1.3 机翼积冰数值模拟研究动态  17-20
  1.4 本文的研究工作  20-22
第二章数值模拟过冷大水滴积冰对翼型气动性能的影响  22-44
  2.1 数值模拟的物理过程说明  22-24
  2.2 物理模型的建立  24-25
  2.3 物理模型的求解  25-41
    2.3.1 商用软件包FLUENT 及求解CFD 问题的一般步骤  25-26
    2.3.2 干净翼型分析  26-34
    2.3.3 积冰翼型分析和结果检验  34-41
  2.4 误差分析  41-43
  2.5 本章小结  43-44
第三章数值模拟结果在民航业务中的应用  44-60
  3.1 民航应对飞机积冰的现状  44-49
    3.1.1 民航应对飞机积冰的措施  44-46
    3.1.2 应对措施的不足及改进  46-49
  3.2 飞机积冰强度报告的界定  49-58
    3.2.1 现行的飞机积冰强度报告方法及其不足  49-52
    3.2.2 国际航空界已经做出的改进方法  52-53
    3.2.3 本文的界定方法  53-58
    3.2.4 飞机积冰强度预报的建议和设想  58
  3.3 本章小结  58-60
总结和展望  60-62
参考文献  62-66
攻读硕士学位期间取得的学术成果  66-67
致谢  67

飞机机翼积冰的数值模拟及其在民航中的应用

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