【摘要】：過冷大水滴(Supercooled Large Droplet)撞擊結(jié)冰問題是飛機結(jié)冰研究中的熱點問題,實驗研究是重要的研究手段。近年來,已開展的冰風洞實驗主要聚焦于研究SLD撞擊過程中的動力學問題,沒有考慮飛機飛行過程中云霧環(huán)境中的過冷大水滴的分布情況。2014年發(fā)布的FAR25部文件的附錄O部分提出了過冷大水滴(SLD)的環(huán)境適航符合性驗證要求,目前世界上主流的結(jié)冰風洞的云霧模擬能力仍比較有限,不能實現(xiàn)附錄O中給定的復雜的云霧環(huán)境。但是SLD集群撞擊結(jié)冰機理的研究需求是極為迫切的。已經(jīng)開展的實驗結(jié)果表明,云霧環(huán)境中過冷大水滴的水含量(LWC),平均粒徑(MVD),過冷度等因素均會嚴重影響撞擊結(jié)冰的實驗結(jié)果。真實的云霧環(huán)境中SLD的分布密度可達10~6/m~3,SLD間的干擾對撞擊結(jié)冰過程的影響的研究不可忽略,但關(guān)于這方面的研究國內(nèi)外開展得較少。在這種背景下,本文設(shè)計實驗研究SLD相繼撞擊壁面結(jié)冰的物理過程,并將該過程與不存在相互干擾的過冷大水滴撞擊結(jié)冰過程對比。本文的研究思路為:用高速相機拍攝多SLD偏移一定位置相繼撞擊低溫壁面結(jié)冰的物理過程:研究相繼滴落的過冷大水滴的落點位置的偏移量、相繼撞擊的時間間隔對結(jié)冰形態(tài)(最大鋪展率和結(jié)冰回縮率)及結(jié)冰速度的影響。完整分析SLD相繼撞擊結(jié)冰的物理過程并總結(jié)SLD間的干擾對于結(jié)冰的影響規(guī)律。實驗部分的研究發(fā)現(xiàn),SLD間的干擾會抑制撞擊后的回縮結(jié)冰的進程,撞擊落點間的偏移量越小,抑制回縮效應越強。SLD相繼撞擊壁面的時間間隔對回縮抑制效應的影響有限。SLD相互干擾會顯著減緩撞擊結(jié)冰速度:相繼撞擊的時間間隔越短,撞擊落點的相對偏移量越小,結(jié)冰的延遲效應越嚴重。本文對實驗研究結(jié)果進行總結(jié),在原有的單水滴撞擊模型的基礎(chǔ)上完善得到多過冷水滴撞擊非穩(wěn)態(tài)傳熱模型。本文的研究結(jié)果進一步揭示了過冷大水滴撞擊結(jié)冰過程的非穩(wěn)態(tài)傳熱結(jié)冰特性并為后續(xù)相關(guān)的結(jié)冰風洞實驗技術(shù)研究提供了一定的參考。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V321.229
【圖文】：

（a） （b）圖 1-2 FAR25 部附錄 O 環(huán)境給出的水滴粒徑分布Fig.1-2 The droplet size distribution given by FAR part 25 Appendix OSLD 的撞擊結(jié)冰問題吸引了大批學者競相研究：關(guān)于水滴直徑、氣流物性、環(huán)境溫度、撞擊速度、撞擊角度等動力學因素對結(jié)冰進程的影響已在諸多研究中有所揭示，過冷大水滴間的相互干擾對撞擊結(jié)冰過程的影響尚未引起足夠重視，探討清楚 SLD 之間的干擾對結(jié)冰的影響有利于更清晰地認知 SLD 結(jié)冰問題，完善過冷水撞擊結(jié)冰機理，建立更準確的非穩(wěn)態(tài)傳熱結(jié)冰數(shù)學模型，并用來指導后續(xù)的飛機結(jié)冰防除冰裝置設(shè)計，提高飛機在復雜結(jié)冰氣候條件下飛行的安全性。1.2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和綜述1.2.1、飛機結(jié)冰研究

上海交通大學碩士學位論文飛機氣動的阻力系數(shù)大大增加，隨溫度的變化變化較大。機翼表面的不規(guī)則的積冰極大削弱了升力，增加了阻力系數(shù)，飛機的升阻比迅速下降。相關(guān)數(shù)值計算的結(jié)果表明，飛機結(jié)冰引起的總阻力增加的 70%以上是由機翼的阻力增加提供的，飛機由于缺乏足夠的升力而墜落[8]。

上海交通大學碩士學位論文結(jié)冰風洞大約有二十余座，主要分布在美國、英國、加拿大、法國、本等國家[9]，其中比較具有代表性的有美國 NASA 研究中心的結(jié)冰以及意大利航天研究中心的結(jié)冰風洞（IWT）。NASAGlenn 中心的一座回流式風洞（2.7m×1.8m），試驗段長度為 6.1m，最低可達到- 2低溫，最高風速可達到 179m/s。意大利 IWT 風洞尺寸為( 2.25m×2.35一個回流式風洞，它的試驗段是可更換的。溫度最低可達-32 攝氏度。

【引證文獻】

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 劉禎;環(huán)境因素對冰附著力的影響研究[D];上海交通大學;2018年

本文編號：2798890