【摘要】：在自然環(huán)境中尋找液態(tài)水含量、平均容積直徑等云滴參數(shù)符合適航審定要求的結冰氣象條件是十分困難且耗時的。結冰風洞可通過制冷系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)模擬所需的結冰氣象條件,從而以較低的成本和較高的安全性實現(xiàn)在真實氣象環(huán)境下較難完成的試驗。冰風洞試驗是開展飛機結冰數(shù)值模擬和防/除冰系統(tǒng)驗證研究的基本手段,在軍用與民用航空中起著越來越重要的作用。而對結冰風洞試驗參數(shù)測量及標定方法進行研究是正確合理開展結冰風洞試驗的基礎。南京航空航天大學結冰風洞是一座閉式回流結冰風洞,其設計和建造過程中存在很多科學及工程問題。本文以此IWT結冰風洞為研究對象,開展了結冰風洞流場品質校測,研究了冰風洞中LWC、MVD值的測量與標定方法,并提出一種基于超聲回波法的結冰厚度測量方法。本文的主要研究內容和取得的成果如下:結合風洞流場品質校測內容,依據國軍標GJB1179-91《高速風洞和低速風洞流場品質規(guī)范》要求,借鑒常規(guī)風洞流場校測方法,對南航IWT結冰風洞中已安裝噴霧架的空風洞進行了非結冰條件狀態(tài)下試驗段最大風速、動壓穩(wěn)定系數(shù)、軸向靜壓梯度、試驗段截面速度場不均勻性、試驗段截面氣流方向場均勻性、湍流度分布、風洞能量比等流場品質開展校測工作,得到了空風洞流場品質。研究了水滴在流動過程中參數(shù)變化的計算方法。針對小型回流閉式冰風洞,基于拉格朗日方法建立了液滴在冰風洞中運動的氣-液混合流動模型,獲得了單顆液滴自噴嘴噴出后的運動及傳熱傳質特性。根據液滴參數(shù)變化規(guī)律提出了液滴運動所需整流段長度的計算方法,通過自主編程計算分析了液滴直徑、溫度及來流速度等參數(shù)對液滴飛行過程及所需整流段長度的影響。研究結果表明液滴最終直徑、溫度及液滴運動所需整流段長度與來流參數(shù)變化均有明顯關系,研究結果為后續(xù)冰風洞設計和試驗提供一定的理論指導。針對小型冰風洞MVD測量,利用激光粒度儀對試驗段液滴顆粒直徑進行測量,同時基于旋轉多圓柱法進行MVD值標定。根據旋轉多圓柱結冰特性,對二維旋轉圓柱霜狀冰結冰過程進行編程計算,結合試探逼近思想編制出旋轉多圓柱水滴參數(shù)分析軟件。用試驗測量數(shù)據與旋轉多圓柱法標定結果進行對比,測量結果與標定結果吻合較好,進而可實現(xiàn)對液滴平均容積直徑的快速測量,為冰風洞水滴參數(shù)MVD的測量校驗提供技術保障。針對南航IWT結冰風洞,采用海綿集水法進行LWC測量,并利用冰刀法進行標定對比,對冰刀收集效率采用歐拉法進行求解計算。經試驗測量發(fā)現(xiàn),集水法和冰刀標定法在誤差允許范圍內,二者數(shù)據吻合較好。重點研究了超聲回波法測量結冰厚度原理,利用超聲回波法進行結冰厚度測量研究工作,探索將超聲回波法應用于冰風洞結冰厚度測量的可行性。研究了明冰與霜冰在超聲探測中的區(qū)別且可進行明冰與霜冰的區(qū)分探測,并在冰風洞試驗中成功實現(xiàn)了結冰厚度實時測量。最后對全文工作進行總結與展望,為后續(xù)深入研究闡明方向。
【圖文】：

南京航空航天大學博士學位論文第一章 緒 論背景象有過冷水滴的云層中飛行時，部件迎風表面不斷有過冷水滴撞擊便形成了結冰現(xiàn)象。適航審定標準中的飛機結冰包線范圍在 6.7 k包線位于結冰氣象條件范圍內，極易遭遇結冰氣象條件的威脅[1]，飛行實踐表明，，飛機結冰量、結冰范圍及結冰外形與云層溫度、范圍這四個氣象參數(shù)有著密切直接的關系[1-3]，國外學者也開展了行了測量。

因此大部分飛機飛行包線位于結冰氣象條件范圍內，極易遭遇結冰氣象條件的威脅[1]，如圖 1.1 和圖1.2 所示。大量飛行實踐表明，飛機結冰量、結冰范圍及結冰外形與云層溫度、液態(tài)水含量、水滴直徑及云層范圍這四個氣象參數(shù)有著密切直接的關系[1-3]，國外學者也開展了大量工作，對結冰氣象參數(shù)進行了測量。圖 1.1 云層形成與飛機結冰圖 1.2 飛機在云層結冰的一般規(guī)律
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V211.74

【參考文獻】

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本文編號：2684476