水滴撞击飞溅效应对过冷大水滴结冰影响研究

过冷大水滴(SLD)结冰的结冰量较大、位置靠后且容易形成复杂冰型,对飞机气动性能和飞行安全具有更大危害性。在结冰过程数值模拟的基础上,针对SLD条件下水滴撞击的飞溅效应及其对成冰过程影响进行研究。采用结构化网格和中心有限体积法求解N-S方程获得空气流场,运用拉格朗日法求解水滴流场,基于改进的Messinger热力学模型进行翼面结冰模拟。对SLD结冰,采用飞溅碰撞模型,分析了水滴飞溅现象及其对SLD结冰过程的影响,完成了典型翼型结冰算例的数值模拟和分析讨论,与参考文献和试验结果的对比,说明了文中计算模型及计算方法在模拟SLD结冰的撞击飞溅效应时是可行和正确的,获得的影响规律和结论对于深入研究SLD结冰具有重要的参考价值。     

基于变形网格技术的翼型结冰数值模拟研究

翼型结冰的过程实质上是其外形随时间改变的过程。对于结冰的数值模拟,计算网格必须随着翼型外形的改变而相应的变化。文章利用非定常N-S方程模拟翼型结冰增长的过程,使用基于无限插值法(TFI)的变形网格技术生成非定常计算的网格。变形网格技术是在初始网格的基础上将物面的变化通过插值均匀分布到场内网格点,该方法能够最大限度地保留初始网格特征,而且生成过程与初始网格不相关。非定常计算利用上一次结冰的流场为初值,而不用从初场重新开始,而且变形网格技术生成网格也远远比求解椭圆型方程快,总的计算时间大幅减少。为了验证方法的有效性,文章对NACA0012进行了结冰数值模拟,计算结果与参考文献的实验和计算结果吻合。     

结冰风洞液滴运动及传质传热特性分析

针对结冰风洞喷雾系统设计和分析的需要,建立了计算液滴运动及传质传热特性的数值方法。该方法将空气流动和水滴运动解耦计算,首先采用计算流体动力学的方法模拟空气流场,在此基础上,用拉格朗日法计算水滴运动轨迹,并根据雷诺比拟计算水滴运动过程的传质传热特性。采用本文方法对液滴在3 m×2 m结冰风洞中运动及传热传质过程进行了模拟,分析了导致液滴沉降的原因,总结了影响液滴温度和直径变化的因素,得到了液滴在运动过程中沉降和蒸发的基本规律,为深入开展结冰风洞喷雾特性研究打下了较好基础。     

翼面结冰对翼身组合体气动特性影响研究

飞机翼面结冰会影响气动性能,危及飞行安全.针对翼身组合体的翼面结冰问题,设计3种不同的冰型:钝头体、双角体和尖头体,对结冰前后的绕流流场及气动特性,采用数值方法进行分析研究.利用多块网格技术,结合法向外推代数方法和求解椭圆型偏微分方程方法,生成计算网格,采用中心有限体积法、LU-SGS双时间隐式推进算法,结合B-L湍流模型,运用流场分区求解技术,完成绕流流场的N-S方程数值模拟.计算与试验数据进行对比分析,说明了所采用方法的可行性和正确性,并给出了不同冰型对气动特性的影响结果.     

用于道路安全预警的结冰传感器的应用研究

为了监测道路表面的结冰状况并开发有效的道路结冰预警系统,结冰传感器起着至关重要的作用,而且它必须对结冰厚度以及结冰速率非常敏感. 然而,目前国内外已有的结冰传感器还无法达到这种要求. 研发了用于道路安全预警的结冰传感器,使得道路结冰安全预警成为可能. 通过室内实验先对该道路结冰传感器进行了标定,得出了结冰厚度与结冰频率的对应关系,使其能准确的测定路面结冰厚度的具体数值;然后通过室内实验模拟路面结冰的过程,分别在不同环境温度条件下监测结冰厚度和结冰速率,得出了结冰厚度与时间的对应关系曲线,验证了其可靠性. 实验结果表明:该结冰传感器灵敏度较高,其测量精度达到0.1 mm; 能探测到结冰厚度的具体数值以及结冰速率的变化趋势,而且实验结果能够在上位机上直观地显示出来. 因此,研发的结冰传感器可以应用于道路并监测结冰厚度和结冰速率,从而为道路结冰安全预警系统的建立打下基础.     

用微波防止飞机结冰

飞机在高空飞行时，因气温寒冷，蒙皮区极易结冰，引发飞行事故。为了防止飞机结冰，传统的方法是喷洒化学防冰剂。德国发明了一种用微波技术取代化学制品防冰的方法。　　这种方法是在飞机最易结冰的蒙皮区刻上一些狭缝，然后在狭缝中填充一种微波可以穿透的材料。如果在飞行中飞机蒙皮上出现结冰现象，飞机内的一台微波发射机就发出微波，用波导管将微波导向这些狭缝，微波穿透填充材料射到冰层使冰层迅速融化，其原理就和家庭用微波炉解冻食物一样。用微波防止飞机结冰     

基于容冰概念的民机结冰保护系统设计方法研究综述

结冰是威胁民机飞行安全的重要致灾因素,也是适航审查方关注的重大安全问题。基于容冰概念开展结冰保护系统设计,最大程度降低结冰对飞机气动特性的影响,充分发挥飞行性能潜力,是当前民用飞机结冰防护研究的前沿方向。针对民机飞行安全性设计和适航认证需求,从飞机本体容冰设计和主动控制容冰设计两方面出发,对基于容冰概念的民机结冰保护系统设计方法进行分析。针对结冰损失,提炼了考虑结冰损失的机翼气动优化设计策略,形成了基于飞行控制律重构的容冰保护控制系统设计思路,将"被动结冰飞行安全"向"主动结冰安全设计"转变,能够有效提升民机在结冰气象条件下的生存力和安全性。     

六角冰晶生长过程的相场模拟

为了研究空气中过冷水滴附着船舶上层建筑后结冰过程的微观机理,本文进行了冰晶生长数值模拟研究。基于相场法中经典的Kobayashi模型,采用有限差分法九点差分格式离散偏微分方程,借助Python语言编程工具实现了冰晶生长的模拟及可视化。通过主要参数的敏感性分析,发现界面宽度均值、融化温度等参数对冰晶生长及最终形貌存在不同程度的影响,枝晶生长模拟过程与显微镜实验观察结果相一致,并与自然界真实存在的雪花轮廓相似,验证了本文数值方法的可靠性,对冰晶生长过程的数值模拟,进一步揭示过冷水滴附着结冰过程的微观机理。     

多段翼型结冰数值模拟研究

文章采用计算流体力学方法对多段翼型进行了结冰数值模拟研究。应用多块网格技术生成多段翼型网格。引入水滴流场的概念,通过求解空气-水滴两相流场的欧拉方法,获得翼型表面水滴收集特性。流场采用有限体积法及LU-SGS隐式时间推进数值求解,运用流场分区求解算法,完成了多段翼型绕流流场及水滴流场的数值求解。建立了冰层的法向增长模型,对冰形进行了预测。     

船用燃气轮机进气道结冰位置研究

针对船用燃气轮机进气道结冰问题，本文采用数值模拟的方法开展了风速、进气风向角对船用燃气轮机进气道结冰的影响研究，分析了不同风速、进气风向角下进气道内流场、水撞击系数以及结冰规律。研究结果表明：进气道内主要结冰位置为进气竖井弧形区域以及进气竖井和稳压箱连接部分的渐缩段，且随着风速的增高，结冰位置越集中；低风速工况的水收集系数以及平均结冰系数大于高风速工况，液滴在进气道内更易结冰；当进气风向角为135°时，进气道内积冰最为严重。     

保护飞机的防冰系统

结冰问题严重危害飞机的安全性.飞机表面出现冰,阻碍了空气的流动,增大了磨擦力并减小升力,尤其是机翼上的冰对飞机起飞影响很大.     

运输类飞机气动力分析软件ATTF的开发与验证

针对我国运输类飞机设计与发展的实际需要,开发设计了一种高效的复杂外形气动力计算与分析软件ATTF(Analysis Toolkit for Transonic Flows)。软件采用结构化多块计算网格,通过求解Navi-er-Stokes方程,实现三维复杂外形粘性绕流流场的数值模拟。控制方程的求解采用Jameson中心有限体积+人工粘性格式,并采用显式五步Runge-Kutta格式进行时间推进求解。方程求解采用了当地时间步长、变系数隐式残值光顺以及多重网格等多种加速收敛措施。程序采用动态内存管理技术以提高计算机有限内存的利用率。在确保控制信息和边界信息准确无误、内存容量允许的条件下,同一个可执行文件可以用于不同几何外形、不同网格规模和拓扑结构的流场数值求解。为检验ATTF程序的计算效率和稳定性,验证其对于复杂外形气动力特性的预测和评估能力,文章针对DLR-F6带短舱挂架的跨声速宽体运输类飞机外形进行了数值模拟与计算,并与风洞试验结果、CFL3D和TRIP2.0的计算结果进行了分析对比,结果显示ATTF软件的计算结果是可靠的,其计算精度与国内外同类软件相当。     

有线振动传感器探测云层结冰气象状况

正飞机积冰严重影响飞行安全,积冰会导致飞机的空气动力性能变差,进而影响飞机的稳定性和可操纵性。飞机积冰不仅发生在地面上,飞机机翼和发动机也可能在空中发生结冰现象。为了及时获知云层中的气象状况,预防飞机结冰风险,美国国家航空航天局(NASA)一直致力于建立更加有效的模型。在NASA帮助下开发的预测工具不仅可应用于客机防     

滑移动网格在波浪水面迫降数值模拟中的应用

为研究飞机在波浪中迫降时不同航向对迫降性能的影响,在刚性动网格和滑移网格方法的基础上,开发出将两者相结合的滑移动网格方法,在保证自由面处于网格加密区的同时,可以模拟飞机在复杂海况下的任意姿态.数值模拟三维平板斜向冲击入水,将数值模拟的垂向运动历程及表面压强分布与实验数据进行对比分析,验证数值方法的有效性并得到网格参数的设置经验;用滑移动网格方法对飞机平静水面迫降进行数值模拟,将数值模拟的运动历程与实验数据进行对比,验证滑移动网格方法的有效性;在应用数值造波的基础上,模拟研究飞机迎浪、顺浪和平行于波浪3种不同航向的迫降,对比分析3种工况下飞机的运动历程和各部件受力情况.模拟结果表明:波浪中迫降的最优航向是平行于波浪,其垂向冲击力峰值比平静水面迫降大12%,滚转和偏航运动造成的影响也较小;迎浪迫降会产生较大的俯仰角峰值,垂向冲击力峰值比平静水面迫降大149%,并且会遭受多次波浪冲击作用,是最危险的迫降航向.     

基于两相流欧拉方法的翼型结冰数值模拟

文章通过计算流体力学的方法对翼型结冰进行了预测。针对拉格朗日法求解水滴收集特性计算工作量太大的缺点,引入水滴流场的概念,通过求解空气-水滴两相流场的欧拉方法,获得翼型表面水滴收集特性。结冰计算过程中网格采用变形网格技术得到,既保证了网格质量又减少了网格生成的工作量,采用有限体积法及LU-SGS隐式时间推进数值求解N-S及水滴运动方程。建立了对应于霜冰和光冰的冰增长模型。通过对NACA0012翼型霜冰和光冰的计算验证了该方法是有效的。     

结冰对翼型和多段翼型绕流及气动特性影响研究

对翼型结冰问题，在结冰条件下，利用数值方法分析研究翼型和多段翼型绕流流场及气动特性的影响。对于翼型和多段翼型，采用分区多块网格技术，结合法向外推的代数方法和求解椭圆型方程方法，生成高质量计算网格。采用中心有限体积法，以及Runge-Kutta显式时间推进格式，结合B—L代数湍流模型，运用流场分区求解算法，完成了绕流流场的N-S方程数值模拟，进一步针对3种不同的冰型：钝头体、双角体和尖头体冰型，分析不同形状的冰型对翼型和多段翼型绕流流场及气动特性的影响。     

论爆炸力学计算方法

计算爆炸力学是一门应用性很强的学科.文中简要论述了爆炸力学计算方法的特点和基本原理,并系统回顾了国内外爆炸力学计算方法的发展过程以及现状.对计算爆炸力学这门学科发展到今天的一些重要成果进行了综述,并对爆炸力学常用数值模拟软件做简单介绍,最后分析了爆炸力学数值模拟技术的发展趋势.     

泥石流数值模拟方法研究进展

泥石流作为一种多相混合介质,所包含的物理过程和动力学特征非常复杂。针对泥石流问题的数值模拟方法随着数值计算方法和物理计算模型的发展而发展,基于物理过程的数值模拟方法为探究泥石流复杂物理现象背后的机理提供了一种有效手段。回顾了求解泥石流动力问题的数值模拟方法,从连续介质计算方法、离散介质计算方法和混合介质计算方法3个方面分析了不同数值模拟方法的特点和适用情况,介绍了在泥石流分析中常用的数值模拟软件及其特点,展望了求解泥石流动力学问题的数值模拟方法的发展趋势。结果表明:传统的基于网格的计算方法已有长足发展和较长的应用历史,相对比较成熟,但是在处理大变形、快速运移的自由表面流问题时,存在网格容易畸变等问题;基于粒子的计算方法在处理上述问题时无需网格的划分和维护,易于确定自由表面位置和多相间的界面,但存在边界条件处理困难等问题;混合介质计算方法在较小尺度范围内对固体颗粒物质与液相相互作用机理进行探讨时具有重要作用。     

舰载飞机发动机喷流速度场研究

为了研究舰载飞机发动机喷流速度场的分布特性,提出了一种新的飞机发动机喷流场的计算模型,并将其应用于某型发动机喷流场的计算,分析了该型发动机尾喷口射流的极点位置、转折点位置和速度分布规律等影响发动机性能的关键参数.根据所建立的新型数学模型,编制了数值预报程序.将针对某型发动机的计算结果和旧的数学模型计算结果进行了比较,从2种数学模型的计算结果与试验结果的对比、分析可以看出,新型计算模型可以更好地模拟发动机喷流场的速度分布规律.该方法可以用于评估发动机的主要性能参数,研究其喷流场对飞机自身以及周围环境的影响.     

水滴撞击水平壁面的实验研究及数值分析

针对水滴撞击飞机表面时互相干扰，形成水滴铺展、回弹等动力学行为，使飞机结冰机理更加复杂的问题，对不同条件下水滴撞击壁面的影响特性展开研究。通过实验与数值模拟相结合的方法研究了水滴直径、壁面温度、壁面材料以及初始速度等条件与水滴的铺展和回弹过程之间的关系，并得到铺展系数与各影响参数之间的关联式。研究结果显示：增大水滴直径对最大铺展具有促进作用；壁面温度越大对水滴铺展越有利，但壁面温度过低时，会导致水滴底部冻结，铺展和回弹受限制；壁面材料为有机玻璃，对铺展最有利；水滴初始速度越大越有利于水滴铺展。