過冷大水滴,區(qū)別于傳統(tǒng)認(rèn)知的附錄C范圍,屬于極端危險的飛行環(huán)境。過冷大水滴結(jié)冰適航安全,存在著復(fù)雜的動力學(xué)、熱力學(xué)及氣動力影響特征,其內(nèi)在機(jī)制和基礎(chǔ)理論都有待進(jìn)一步完善。本文以粒徑尺度為切入點,從機(jī)理和適航性兩個層面上,逐一解讀過冷大水滴結(jié)冰的特異性。在結(jié)冰基礎(chǔ)理論方面,本文以“過冷大水滴撞擊結(jié)冰實驗”為第一視角,真實再現(xiàn)了過冷大水滴在高速撞擊壁面過程中快速結(jié)冰的現(xiàn)象,體現(xiàn)了其撞擊過程與傳熱相變的高度耦合性,并結(jié)合理論分析,將產(chǎn)生快速結(jié)冰現(xiàn)象的原因歸結(jié)為粒徑增大對過冷量擴(kuò)散效率Bi和有效換熱時間Fo的提升。參考“撞擊結(jié)冰機(jī)理實驗”的數(shù)據(jù),本文在傳統(tǒng)的冰形模擬算法中引入了半經(jīng)驗的過冷大水滴碰撞傳熱模型,用于水滴高速撞擊過程中的非穩(wěn)態(tài)強(qiáng)對流換熱量估算,研究表明,碰撞傳熱模型的引入有效地提高了過冷大水滴條件下的結(jié)冰模擬能力。增加了翼型前緣,尤其是駐點上下兩側(cè)的快速結(jié)冰量,從而使得結(jié)冰翼型的角冰形態(tài)更為明顯。在結(jié)冰適航性方面,本文以SJTUICE結(jié)冰-氣動計算程序為技術(shù)手段,重點對比了帶控制面、襟縫翼的復(fù)雜翼型在“角冰”和“脊冰”（靜態(tài)）,“過冷大水滴”和“非過冷大水滴”環(huán)境（動態(tài)）下的氣動力... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 過冷大水滴結(jié)冰基礎(chǔ)理論
        1.2.2 帶冰翼型的氣動力特性研究
        1.2.3 飛機(jī)結(jié)冰適航安全研究
        1.2.4 研究發(fā)展趨勢分析
    1.3 研究思路
    1.4 本文的創(chuàng)新點
    1.5 本章小結(jié)
第二章 過冷大水滴撞擊結(jié)冰機(jī)理
    2.1 研究方法
        2.1.1 實驗條件
        2.1.2 實驗方法和設(shè)備
        2.1.3 測量方法
    2.2 實驗結(jié)果與討論
        2.2.1 過冷大水滴快速結(jié)冰現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
        2.2.2 過冷大水滴撞擊的動力學(xué)特征分析
        2.2.3 過冷大水滴撞擊的結(jié)冰特征分析
        2.2.4 過冷大水滴撞擊的熱擴(kuò)散特征分析
    2.3 理論分析與討論
        2.3.1 物理假設(shè)與方程構(gòu)建
        2.3.2 方程的解和傳熱分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 過冷大水滴結(jié)冰模擬方法
    3.1 模擬方法
        3.1.1 過冷大水滴碰撞傳熱模型
        3.1.2 過冷大水滴運(yùn)動控制模型
        3.1.3 過冷態(tài)水層結(jié)冰模型
    3.2 方法驗證
        3.2.1 冰形特征比較
        3.2.2 特征參數(shù)比較
        3.2.3 應(yīng)用分析比較
    3.3 本章小結(jié)
第四章 過冷大水滴結(jié)冰后氣動特性
    4.1 計算方法
        4.1.1 非定常計算方法
        4.1.2 湍流模型
        4.1.3 網(wǎng)格劃分
    4.2 過冷大水滴結(jié)冰翼型的控制面效能變化特征
        4.2.1 算法驗證
        4.2.2 特征分析
    4.3 過冷大水滴持續(xù)結(jié)冰過程中的增升裝置效能研究
        4.3.1 算法驗證
        4.3.2 結(jié)冰特征分析
        4.3.3 氣動特性分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 過冷大水滴結(jié)冰適航安全
    5.1 平尾翼型持續(xù)冰污染的氣動性能比較
    5.2 沿展向的多段翼冰污染特征及氣動性能比較
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本文的主要工作
    6.2 本文的后續(xù)展望
參考文獻(xiàn)
符號與標(biāo)記（附錄 1）
致謝
攻讀博士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]大粒徑過冷水滴結(jié)冰模擬破碎模型研究[J]. 張辰,孔維梁,劉洪.  空氣動力學(xué)學(xué)報. 2013(02)
[2]多段翼型結(jié)冰數(shù)值模擬研究[J]. 周志宏,李鳳蔚,李廣寧,張淼.  西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2011(01)
[3]基于CFD的水收集系數(shù)及防冰表面溫度預(yù)測[J]. 卜雪琴,林貴平.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2007(10)
[4]飛機(jī)機(jī)翼結(jié)冰過程的數(shù)值模擬[J]. 陳維建,張大林.  航空動力學(xué)報. 2005(06)
[5]考慮傳質(zhì)傳熱效應(yīng)的翼型積冰計算[J]. 易賢,朱國林.  空氣動力學(xué)學(xué)報. 2004(04)

碩士論文
[1]SLD碰撞結(jié)冰機(jī)理實驗研究[D]. 李海星.上海交通大學(xué) 2013
[2]面向SLD適航需求的大型客機(jī)翼型結(jié)冰安全性研究[D]. 李焱鑫.上海交通大學(xué) 2013
[3]動力學(xué)效應(yīng)影響下的大粒徑過冷水成冰機(jī)理研究[D]. 張辰.上海交通大學(xué) 2012



本文編號：3249801