SLD结冰对舵面翼型及多段翼型的气动影响分析

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过冷大水滴结冰(SLD Icing)相比常规粒径结冰更为复杂,冰型特征与带冰翼型气动性能具有密切相关性,而目前关于SLD条件下结冰对舵面翼型及多段翼型的流场影响及气动参数变化特征尚不清楚。本文通过非定常数值计算方法模拟了角状冰和脊状冰条件下,带冰舵面翼型的流场特征,分析了不同攻角下升力系数与舵面偏转角的量化关系,对比了它们的气动导数差异;并模拟了不同结冰时刻大粒径和常规粒径水滴条件下冰型及其造成的气动影响差异,结果表明:角冰条件下,随着攻角的增加,升力系数与舵面偏转角的线性下降段范围缩小,舵面翼型的失速偏角提前。在脊状冰条件下,攻角的增大主要引起零偏升力系数的增大,对升力系数的变化率影响不大但升力系数关于偏转角的变化率出现严重下降。舵面翼型失速偏角大大提前。角冰条件下,气动导数CLδ的变化呈现三段下降特征。脊状冰条件下,气动导数变化呈现两段下降特征。在相同的攻角和偏角情况下,脊状冰对舵面翼型CLδ的影响更为严重。在时间尺度上大粒径条件下,结冰的十分迅速,结冰初期就大程度的降低舵面翼型的气动性能。本文采用结冰模拟程序,对大粒径和常规粒径条件下多段翼型的冰型生长特征进行了对比,并分别对带冰多段翼型的流线、涡量、表面压力系数及升力系数进行了分析,结果表明:结冰时间180秒,粒径20微米水滴结冰对多段翼型的升力系数下降最大为17.5%,而粒径400微米水滴结冰对升力系数下降最大达72.5%,失速攻角大幅提前。在时间尺度上大粒径条件下结冰快速地、大幅地改变气动特性包括升力系数、失速攻角。本文的研究体现了过冷大水滴结冰的异常性和严重性。
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