飞机防除冰系统技术多元化发展战略与路径

防除冰技术体系系统性强,理论涉及多门学科,是关系到飞机安全运行的关键技术。通过研究防除冰系统技术的构成,针对国内防除冰系统技术的发展现状进行分析,结合国内防除冰系统在技术开发、试验验证、工程应用方面的成果,总结了"横向一体化"增长型战略,构建"有人+无人"、"体系+多用"和"复杂+新型"的防除冰系统技术多元化路径。重点发展防除冰系统技术分支中的复杂环境探测技术与新型防除冰执行技术,并通过试验验证设施的同技术化实现多用途功能。     

旋转脱冰试验与数值模拟研究

航空发动机旋转件的冰脱落会对进气系统造成不能接受的机械损伤,因此需要对旋转脱冰现象进行研究。脱冰研究主要分为两部分：冰风洞实验室的旋转脱冰试验和基于有限元软件的仿真计算。通过试验得到了不同工况下冰脱落时的冰型、结冰质量和密度等相关数据。通过仿真计算得到附着在固体表面冰的应力分布情况。试验结果显示,在较低温度下形成的霜冰相比于较高温度下形成的明冰更难发生冰脱落现象。仿真结果显示,霜冰内聚力呈现小于剪切黏附力的特性,明冰的内聚力呈现大于剪切黏附力的特性。     

基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击特性计算

航空发动机摄入冰晶易发生内部结冰、造成发动机推力损失，严重时引发航空事故。冰晶结冰数值模拟是研究冰晶结冰的重要手段，而撞击收集系数计算是冰晶结冰数值模拟的关键环节。基于NNWICE平台开展冰晶结冰前期的阻力系数、运动轨迹和撞击收集系数的数值模拟与计算研究，实现了基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击收集系数的准确计算；在此基础上发展了拉格朗日框架下冰晶粒子运动、传热传质耦合数值计算方法；通过完成二维NACA0012翼型的相关算例，对比分析了不同阻力模型和冰晶相变对撞击收集系数的影响。结果表明阻力模型对冰晶撞击收集系数影响较小，冰晶相变过程会对冰晶运动轨迹及撞击收集系数产生显著影响，为进一步发展冰晶结冰数值模拟计算方法奠定了基础。