翼型结冰过程数值模拟验算与分析

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1、第2卷第3期航空工程进展VoI．2No．32O11年8月AI)VANCESINAER0NAUTICAISCIENCEANDENGINEERINGAug．2O11文章编号：1674—8190(2011)03—267—06翼型结冰过程数值模拟验算与分析孔满昭，蒲宏斌(I¨【'J航空工业集团公司第一{5I机设计研究院，阳安710089)摘要：应用FENSAP—ICE结冰计算软件，对NACA0012翼型进行了流动特性、水滴撞击特性以及冰型生成过程的计算；同时，对结冰前后的翼型进行气动力特性计算对比分析，其中包括升力特性对比、

2、阻力特性对比、流场细节分析以及力系数分布对比。计算结果表明：翼型前缘结冰后，导致翼型前缘气流提前分离，最大升力系数、失速攻角大幅减小，阻力系数明显增加；冰型计算结果与义献中的实验冰型结果符合良好，满足工程应用要求。关键词：翼型；水滴撞击；结冰模拟；气动力特性中图分类号：V211文献标识码：ANumericalSimulationCheckandAnalysisofIceAccretiononAirfoilKongManzhao。PuHongbin(TheFirstAircraftInstitute，AviationI

3、ndustryCorporationofChina，Xi’an710089，China)Abstract：TheiceaccretioncodeFENSAP—ICEisusedtosimulateflowcharacteristic，waterimpingementandicegenerationofNACAO012airfoil．Besides，theaerodynamiccharacteristicsoftheairfoilbeforeandaftericingarecompared，suchasliftchar

4、acteristic，dragcharacteristic，flowfielddetailanalysesandpressurecoefficient．Thecalculationresultsindicatethaticingofairfoilleadingedgeresultedintheflowseparationinairfoilleadingedgeinadvance，moreover，maximumliftcoefficientandstallanglereduceddramaticallyaswella

5、sdragcoeffi—cientincreasedobviously．Thecalculatediceshapesagreewellwiththeexperimentalresults，whichreferredbyliteraturesandthepredictedresultsaresatisfiedwithengineeringapplications．Keywords：airfoil；waterimpingement；iceaccretionsimulation；aerodynamiccharacteris

6、tics用_1]。加拿大的FENSAP—ICE软件是目前较为0引言先进的结冰预测软件，具有复杂构型的三维结冰计飞机在穿越含有过冷水滴的云层时，表面会出算能力，结冰模型考虑了壁面粗糙度以及水膜流动现结冰现象。主要升力部件(机翼、尾翼)结冰，会等因素对结冰过程的影响[3]。本文应用FEN—严重地破坏其气动外形，对飞行安全造成很大的sAP—ICE软件对NACA一0012翼型进行结冰计算，威胁。并与冰型试验数据进行对比。随着计算流体力学的发展，飞机结冰的数值模1结冰计算原理及过程拟计算取得了很大的进展，常规的冰型计算结果和冰

7、风洞试验得到的冰型结果已经较好地吻合，满足利用FENSAP—ICE软件求解飞机结冰过程主工程应用要求。而考虑超大过冷水滴、冻雨以及存要分三个步骤：首先，使用FENSAP模块求解可压在水膜流动情况的结冰已经在数值计算中应(或不可压)N—S方程或者欧拉方程，得到飞机的外流场；然后，使用DROP3D模块求解水滴运动的欧拉方程，计算水滴的撞击特性；最后，使用ICE3D收稿日期：201]一O413；修回日期：2011-0505结冰模块求解冰型的增长过程。通信作者：孔满昭，kmz@mail．nwpu．edu．cn求解N-S方程，

8、采用Spalart—Allmaras一方程航空工程进展第2卷湍流模型无量纲湍流粘性的输运方程如下：示。在同样的速度和攻角下，进行了不同温度的结dw冰试验。温度对冰型产生重要影响，不同结冰温度—cb(1一ftz)s+{(·[(+)]+决定了不同的结冰速率，直接决定了冰型类型。一般来说，温度越低，结冰速率越快，水滴撞击到物面cb2()一Cwl一)(