飛機(jī)結(jié)冰對于飛機(jī)飛行安全是一種嚴(yán)重的威脅,因此有必要對飛機(jī)結(jié)冰現(xiàn)象展開研究。本文提供一種三維笛卡爾網(wǎng)格的結(jié)冰數(shù)值模擬的方法,在網(wǎng)格生成、流場計(jì)算、水滴軌跡計(jì)算以及水滴撞擊特性、結(jié)冰數(shù)學(xué)模型等方面進(jìn)行了研究。本文主要研究內(nèi)容如下:首先,研究了三維笛卡爾網(wǎng)格的生成方法及流場計(jì)算方法。采用八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),介紹了快速鄰居查找以及網(wǎng)格類型判定的方法,研究了三維情況下的虛擬單元法,并研究了網(wǎng)格重構(gòu)方法;采用三維Euler方程作為流場求解控制方程,對其進(jìn)行空間與時(shí)間離散,引入人工耗散項(xiàng),使用當(dāng)?shù)貢r(shí)間步長法實(shí)現(xiàn)加速收斂。并進(jìn)行算例計(jì)算來驗(yàn)證本文方法的正確性,并分析得出結(jié)冰對飛機(jī)的氣動性能有著惡劣影響。其次,對水滴軌跡計(jì)算進(jìn)行了研究。介紹了拉格朗日法的水滴軌跡求解方法,對水滴位置在笛卡爾網(wǎng)格中的位置以及水滴軌跡與三維物面撞擊點(diǎn)位置的檢索方法進(jìn)行了研究,求解出物面單元的局部水滴收集系數(shù),與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比驗(yàn)證本文方法的正確性。最后,對三維物面的結(jié)冰計(jì)算展開了研究。建立三維結(jié)冰數(shù)學(xué)模型,闡述模型質(zhì)量和能量守恒方程的各項(xiàng)式的含義以及求解方法,采用基于空氣壓力梯度和剪切應(yīng)力的溢流水分配原則,使用校正法計(jì)算對流換熱系... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

霜冰、明冰、混合冰的外形示意圖

圖 1. 2 國產(chǎn) ARJ21-700 新支線飛機(jī)開展飛行結(jié)冰試驗(yàn)是在結(jié)冰風(fēng)洞中通過模擬飛機(jī)在真實(shí)云層的飛行情況來得到相關(guān)參數(shù)的種可以開展結(jié)冰試驗(yàn)的風(fēng)洞設(shè)備。為了保證飛機(jī)飛行安全以及防除冰等要在各種環(huán)境下進(jìn)行大量的試驗(yàn)論證，因此不管是從成本亦或是效率的洞需要對試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)進(jìn)行尺寸上的縮比后才能進(jìn)行試驗(yàn)研究，為了保證縮有較高的精度，那么縮比過程需要遵循結(jié)冰試驗(yàn)相似準(zhǔn)則[6]。結(jié)冰風(fēng)洞動，通過吹出氣流來模擬試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)在大氣飛行的過程，進(jìn)而得到相關(guān)試實(shí)云層的飛機(jī)飛行，便轉(zhuǎn)化為需要提供真實(shí)的大氣云層中的各種參數(shù)。目前對于大氣云層的模擬中液態(tài)水含量（LWC），水滴直徑（MVD）以者成為了云層模擬的重要參數(shù)，則要想保證結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的精確境中則三項(xiàng)數(shù)據(jù)能夠盡量準(zhǔn)確符合真實(shí)物理現(xiàn)象。同時(shí)結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)研數(shù)值模擬研究是否準(zhǔn)確的主要因素，為數(shù)值模擬研究的開展提供了數(shù)據(jù)

圖 1. 2 國產(chǎn) ARJ21-700 新支線飛機(jī)開展飛行結(jié)冰試驗(yàn)風(fēng)洞試驗(yàn)是在結(jié)冰風(fēng)洞中通過模擬飛機(jī)在真實(shí)云層的飛行情況來得到相關(guān)參數(shù)的試驗(yàn)方法，結(jié)冰風(fēng)洞是一種可以開展結(jié)冰試驗(yàn)的風(fēng)洞設(shè)備。為了保證飛機(jī)飛行安全以及防除冰等相關(guān)技術(shù)的可靠性，需要在各種環(huán)境下進(jìn)行大量的試驗(yàn)論證，因此不管是從成本亦或是效率的角度考慮，大多數(shù)結(jié)冰風(fēng)洞需要對試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)進(jìn)行尺寸上的縮比后才能進(jìn)行試驗(yàn)研究，為了保證縮比后試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的精度，那么縮比過程需要遵循結(jié)冰試驗(yàn)相似準(zhǔn)則[6]。結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)是試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)固定不動，通過吹出氣流來模擬試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)在大氣飛行的過程，進(jìn)而得到相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。那么要模擬真實(shí)云層的飛機(jī)飛行，便轉(zhuǎn)化為需要提供真實(shí)的大氣云層中的各種參數(shù)。經(jīng)過多年的試驗(yàn)研究，目前對于大氣云層的模擬中液態(tài)水含量（LWC），水滴直徑（MVD）以及結(jié)冰云層溫度0T 這三者成為了云層模擬的重要參數(shù)，則要想保證結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的精確性，就便要保證模擬的環(huán)境中則三項(xiàng)數(shù)據(jù)能夠盡量準(zhǔn)確符合真實(shí)物理現(xiàn)象。同時(shí)結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)研究的數(shù)據(jù)結(jié)果也是驗(yàn)證數(shù)值模擬研究是否準(zhǔn)確的主要因素，為數(shù)值模擬研究的開展提供了數(shù)據(jù)支撐。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]可壓縮復(fù)雜流動笛卡爾網(wǎng)格方法研究及應(yīng)用[D]. 胡偶.南京航空航天大學(xué) 2013
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[3]可壓縮流體計(jì)算中的浸入邊界方法及其應(yīng)用[D]. 劉劍明.南京航空航天大學(xué) 2010
[4]基于自適應(yīng)直角切割及混合網(wǎng)格的Euler/N-S方程數(shù)值模擬[D]. 桑為民.西北工業(yè)大學(xué) 2002

碩士論文
[1]機(jī)翼結(jié)冰數(shù)值計(jì)算與結(jié)冰模型研究[D]. 付斌.南京航空航天大學(xué) 2011
[2]基于自適應(yīng)笛卡爾網(wǎng)格的虛擬單元方法研究[D]. 胡偶.南京航空航天大學(xué) 2009



本文編號：3137884