某全机模型的水滴撞击特性分析

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1、第5卷第1期2014年2月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．5NO．1Feb．2014文章编号：1674—8190(2014)01-075—05某全机模型的水滴撞击特性分析王海涛，吴默(西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：飞机结冰会对其飞行造成巨大隐患。应用Fensap软件，使用CFD计算方法，采用Spalart—Allmaras湍流模型对德国宇航中心(DLR)某型飞机的三维模型进行气动及水滴撞击特性分析。通过控制变量的方法，确

2、定环境参量对水滴撞击特性的影响。结果表明：飞机速度增大，局部水收集系数减小；水滴直径减小，局部水收集效率也减小。关键词：飞机结冰；三维模型；水滴撞击特性；结冰区域中图分类号：V328．1文献标识码：AStudyontheDroplet—impingementPropertyofaTotalPlaneWangHaitao，WuMo(SchoolofAeronautics．NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Aircraft

3、icingwilljeopardizeitsflight．Theflowanddroplet—impingementpropertyofathreedimen—sionalmodelofaplaneintheDeutschesZentrumfurI．uft—undRaumfahrt(DI。R)isanalyzedbyusingFensapCFDmethodandSpalart—Allmarasturbulencemodel．Theinfluenceofdifferentenvironmentparameter

4、tOdrop—let—impingementpropertybyalteringspecifiedparameterisdeterminedandtheinfluenceofenvironmentonplaneicingisalsoknown．Theresultindicatesthathighervelocityresultsinsmallerwaterefficiencyandsmallerdropletdiameteralsoresultsinsmallerwaterefficiency．Keyword

5、s：aircrafticing；three—dimensionalmodel；droplet—impingementproperty；icingarea0引言飞机在结冰环境中飞行时，遇到过冷水滴撞击飞机表面，在一些部位形成积冰，造成升力减小，阻力增大等一系列安全隐患，甚至导致空难发生11。2J。因此，应该对飞机在飞行中可能结冰的部位设计防除冰装置。设计防除冰装置不能盲目进行，应对其实际飞行的结冰情况进行模拟，从而采取行之有效的措施。结冰模拟一般可分为物理模拟和数值模拟两种方法。物理模拟即冰风洞实验，其花费巨大

6、，而数值模拟可有效降低成本。数值模拟主要是建立在计算流体力学的基础上，以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各收稿日期：20130513；修回日期：20130723通信作者：吴默，wum0550136009@qq．com类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。主要应用的CFD软件为Flu—ent、Star—CD等，分析对象也局限为流场，主要是用于研究飞行器的气动情况。国外在三维领域内的相关研究起步较早，目前主要基于两种方法——拉格朗日法和欧拉二相流法[3j。国内对二维

7、机翼的水滴轨迹的计算研究比较多，两种方法都有所应用，但对三维整机模型相关问题却鲜有报道。本文应用专门模拟飞机结冰的软件Fensap，使用欧拉二相流方法，在对三维整机模型进行流场计算的基础上，进一步对飞机飞行时的水滴撞击情况进行数值模拟，获知其结冰区域和结冰量，为飞机防除冰装置的设计提供有效依据。1DLR半机几何模型及网格划分为了计算模型的流场，近而分析其水滴撞击特性，需要建立模型并进行网格划分。全机模型的分航空工程进展第5卷析为轴对称问题，因此只需要取半机模型进行分析即可。本文使用icem划分半机模型的非结构

8、网格，划分后共有2325370个网格单元和443049个节点。划分后的半机网格模型如图1所示。图1DLR半机模型网格Fig．1MeshofhalfofDI。Rplanemodel2流场计算使用数值模拟方法计算流场要先选定适当的控制方程，该方程为描述模型的大气运动和性状变化的方程组。2．1控制方程控制方程包括动量方程、能量方程和理想气体状态方程。(1)动量方程的矢量形式为V·V(p。V。)一V口(1)