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典型后掠翼构型结冰特性数值模拟
1
作者 王灏东 桑为民 +2 位作者 石淼鑫 安博 裴如男 《力学学报》 北大核心 2025年第4期895-915,共21页
在飞行过程中,飞机的机翼和发动机进气口等部位会发生危险的结冰现象,严重危害飞机的飞行安全,对机翼的结冰过程开展分析研究有利于后续防/除冰工作的开展.针对后掠翼的结冰问题,文章基于Navier-Stokes方程和SA(Spalart-Allmaras)湍流... 在飞行过程中,飞机的机翼和发动机进气口等部位会发生危险的结冰现象,严重危害飞机的飞行安全,对机翼的结冰过程开展分析研究有利于后续防/除冰工作的开展.针对后掠翼的结冰问题,文章基于Navier-Stokes方程和SA(Spalart-Allmaras)湍流模型对空气流场进行求解,应用欧拉法求解水滴撞击特性,选择Shallow-Water结冰热力学模型计算翼型上生成的冰形.在不同结冰工况下,对比分析平直翼和不同后掠角机翼的结冰特性,并对45°后掠角机翼上典型“扇贝型”结冰进行数值仿真,分析其形成机理,进一步研究后掠翼结冰机理.之后基于后掠翼构型的结冰特性进一步研究翼身融合布局飞机的结冰问题,通过数值计算预测翼身融合布局飞机表面冰形的特征,并将其与传统布局飞机结冰特性进行对比研究.结果表明,在同一结冰工况下,机翼的后掠角不同会影响溢流效应,导致生成的冰形发生变化.在“扇贝”冰形成过程中,受沿展向溢流效应作用,在后掠翼表面上出现冰体,突出的冰体拦截进入的水滴使其捕获大量水滴,产生沿来流方向生长的冰脊,当沿展向的多个冰脊上积冰量增加,形成“扇贝型”冰形.进一步研究发现,结冰对翼身融合布局飞机气动外形的破坏程度从后掠翼翼根至翼尖逐渐变大,可为相关的结冰特性研究及防除冰设计提供技术参考. 展开更多
关键词 结冰 后掠翼 翼身融合 "扇贝型"冰形 SHALLOW-WATER 结冰热力学模型
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高速列车转向架结冰特性风洞实验研究 被引量：1
2
作者 赵长龙 王田天 +5 位作者 冯永华 周果 薛源 王钰 施方成 姜琛 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期121-131,共11页
风雪严寒环境导致转向架区域冰雪大量堆积,严重威胁高速列车行驶安全.为分析风雪严寒天气下转向架的结冰特性,采用包含简化车体和动力转向架的缩比模型,在中南大学轨道车辆积雪结冰风洞开展了高速列车转向架结冰实验研究.采用喷水系统... 风雪严寒环境导致转向架区域冰雪大量堆积,严重威胁高速列车行驶安全.为分析风雪严寒天气下转向架的结冰特性,采用包含简化车体和动力转向架的缩比模型,在中南大学轨道车辆积雪结冰风洞开展了高速列车转向架结冰实验研究.采用喷水系统模拟制动夹钳周围融水产生的喷水现象,以再现轮对甩水致转向架结冰过程.研究转向架区域动态结冰过程和整体结冰分布特性、各关键区域的结冰质量占比权重以及转向架结冰速率模型.研究结果表明:轮对甩出的水滴受紊乱流场作用扩散至转向架各个区域,在低温下结冰并随时间迅速发展,直至整个转向架区域被冰层覆盖;对于转向架舱,其后端板结冰严重,结冰质量占转向架舱结冰总质量的28%;对于转向架,构架和制动夹钳区域结冰分布最多,分别占转向架结冰总质量的34%和22%,空气弹簧、横梁和纵梁结冰分布较少,转向架呈现出底部结冰量大、结冰形状复杂的特性.随着结冰时间增加,各区域结冰速率不同,转向架舱、转向架的结冰总质量与结冰时间呈一次函数关系.研究获得的转向架结冰特性和结冰速率模型,可对一定运行时间内转向架结冰质量快速预测提供参考依据,对风雪环境下高速列车安全运行和转向架防除冰具有重要指导意义. 展开更多
关键词 高速列车 转向架 结冰特性 结冰速率模型 风洞实验
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水平轴风力机结冰及其影响计算分析 被引量：25
3
作者 易贤 王开春 +1 位作者 马洪林 朱国林 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1052-1058,共7页
针对过冷水滴在风力机表面撞击结冰现象,建立适合于计算水平轴风力机结冰过程的三维数值方法。该方法包括计算空气流场的多参考坐标系(MRF)方法、结冰面水滴收集率计算的欧拉方法以及结冰的三维模型及其相应的数值求解算法3部分。采用... 针对过冷水滴在风力机表面撞击结冰现象,建立适合于计算水平轴风力机结冰过程的三维数值方法。该方法包括计算空气流场的多参考坐标系(MRF)方法、结冰面水滴收集率计算的欧拉方法以及结冰的三维模型及其相应的数值求解算法3部分。采用该方法对某1.5 MW级水平轴风力机结冰进行计算,总结结冰的基本特征,分析结冰对风力机气动特性的影响。研究表明:冰主要结在叶片前缘,从叶尖到叶根,冰越来越薄;轮毂、叶片根部及其附近区域、结冰很微弱,可忽略;在叶尖结明冰的条件下,随着展向位置向叶根移动,冰的外形会逐渐趋向规则,明冰向霜冰转变;结冰对叶片根部附近的压力载荷分布影响不大,但对叶尖附近区域的载荷改变明显。 展开更多
关键词 风力机 结冰 水滴收集率 结冰模型 气动特性 数值计算
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考虑相变时间效应的结冰试验相似参数 被引量：8
4
作者 易贤 周志宏 +1 位作者 杜雁霞 朱国林 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期14-19,共6页
结冰风洞试验是进行飞机结冰和防除冰研究的主要手段,结冰试验相似准则是进行结冰风洞试验的理论基础。针对目前的结冰试验相似准则在明冰模拟方面的不足,本文采用液/固相变的基本理论,对飞机结冰过程的液/固相变传热特性进行了分析和... 结冰风洞试验是进行飞机结冰和防除冰研究的主要手段,结冰试验相似准则是进行结冰风洞试验的理论基础。针对目前的结冰试验相似准则在明冰模拟方面的不足,本文采用液/固相变的基本理论,对飞机结冰过程的液/固相变传热特性进行了分析和研究。在此基础上,提出了一个新的结冰试验相似参数CT,该参数与基于Messinger结冰热力学模型所得到的相似参数的主要区别是考虑到了结冰的干模式和湿模式,体现了相变的时间效应。通过将新的相似参数引入现有结冰试验相似准则中,可有效避免试验压力与速度选取的随意性。以NACA0012翼型和某超临界翼型为对象,对新相似参数的有效性进行了数值仿真评估,结果显示,采用本文提出的相似参数及相应的试验参数确定方法,能够得到与参考条件一致的水滴收集率和结冰,初步说明新相似参数的是有效的,研究结果对于提高明冰及混合冰试验模拟的精度具有较好的参考价值。 展开更多
关键词 飞机结冰 结冰风洞 结冰相似准则 结冰模型 传热 相变
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飞机结冰后非线性气动力建模及动态响应特性研究 被引量：3
5
作者 裴彬彬 徐浩军 +2 位作者 薛源 陈俊霖 吕晗阳 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2016年第3期317-321,共5页
当前结冰后的动力学仿真主要基于线性气动力模型及结冰影响模型进行,对于结冰后非线性气动力模型的研究较少,然而这对于飞机结冰后在大迎角等非线性区域的动力学分析极为重要。研究了飞机结冰后的非线性气动力模型,将结冰后线性气动力... 当前结冰后的动力学仿真主要基于线性气动力模型及结冰影响模型进行,对于结冰后非线性气动力模型的研究较少,然而这对于飞机结冰后在大迎角等非线性区域的动力学分析极为重要。研究了飞机结冰后的非线性气动力模型,将结冰后线性气动力模型的估算方法扩展到非线性气动力模型上,并在结冰后大迎角区域风洞试验数据的基础之上,对失速及过失速区的气动参数变化进行修正。研究了飞机在不同升降舵脉冲信号作用下的动态响应。仿真结果表明,计算结果能够较好地反映飞机在结冰状态下的动力学特性,提出的非线性结冰影响模型能够为结冰条件下研究飞机失速及过失速区域的动力学特性提供理论支撑。 展开更多
关键词 飞机结冰 非线性气动力 非线性结冰影响模型 飞行动力学
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输电导线结冰数值模拟与影响因素分析 被引量：2
6
作者 高鹏 臧五岳 +3 位作者 李丹煜 徐枫 段忠东 欧进萍 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第20期77-85,共9页
通过建立二维输电导线结冰模型实现结冰冰形预测。空气流场和对流换热通过Fluent软件计算,采用基于拉格朗日法的离散相模型计算输电导线表面水滴收集系数,利用Fluent的用户自定义函数(user-defined function,UDF)编程求解Messinger热力... 通过建立二维输电导线结冰模型实现结冰冰形预测。空气流场和对流换热通过Fluent软件计算,采用基于拉格朗日法的离散相模型计算输电导线表面水滴收集系数,利用Fluent的用户自定义函数(user-defined function,UDF)编程求解Messinger热力学模型,计算得到了输电导线表面结冰冰形与结冰厚度。研究中考虑了风速、水滴中值体积直径、温度、空气含水量和风向角等因素对输电导线结冰特性的影响。通过UDF实现导线的强迫振动,着重分析了输电导线振动对结冰特性的影响,得到了振动幅度和振动频率对局部水滴收集系数和结冰冰形的影响规律。 展开更多
关键词 输电导线 结冰模型 水滴收集系数 热力学模型
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结冰条件下的飞行控制律重构设计方法 被引量：4
7
作者 王良禹 徐浩军 +1 位作者 李颖晖 李哲 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期606-613,共8页
针对飞机结冰条件下的飞行安全问题,在线性结冰影响模型的基础上构建了非线性结冰影响模型,并建立了结冰飞机纵向非线性动力学模型。利用反馈线性化理论与模糊控制原理相结合,重构设计了结冰条件下的纵向控制律,既保证了动态响应特性,... 针对飞机结冰条件下的飞行安全问题,在线性结冰影响模型的基础上构建了非线性结冰影响模型,并建立了结冰飞机纵向非线性动力学模型。利用反馈线性化理论与模糊控制原理相结合,重构设计了结冰条件下的纵向控制律,既保证了动态响应特性,又改善了控制器的抗干扰能力,使飞机具备一定的容冰飞行能力。通过仿真模拟了飞机在不同结冰严重程度以及干扰下的纵向响应,并与常规PID控制进行对比,验证了设计控制律的有效性和抗干扰能力。结果表明,该设计方案下的各状态参数动态响应均能较快较好地收敛,能更精准快速地跟踪俯仰角指令,且抗干扰能力、动态性能均优于常规PID控制。 展开更多
关键词 飞机结冰 结冰影响模型 反馈线性化 模糊控制 控制律重构
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机翼防冰过程中冰脊问题的数值分析 被引量：8
8
作者 王超 常士楠 +1 位作者 杨波 黎明中 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期776-781,共6页
对机翼防冰过程中冰脊的形成特点及冰脊对机翼气动特性的影响进行了计算分析.基于经典的Messinger结冰模型开发了多步结冰程序,对不同条件下过冷水滴的撞击结冰进行了热质耦合计算,计算结果和文献试验结果吻合较好,表明该热质耦合算法... 对机翼防冰过程中冰脊的形成特点及冰脊对机翼气动特性的影响进行了计算分析.基于经典的Messinger结冰模型开发了多步结冰程序,对不同条件下过冷水滴的撞击结冰进行了热质耦合计算,计算结果和文献试验结果吻合较好,表明该热质耦合算法的正确性.在此基础上对不同环境温度、飞行速度和不同加热功率等条件下冰脊的生长特点和机翼的气动特性进行了计算分析.结果表明:在非霜冰条件下,冰脊主要在热防护极限外并紧挨着热防护极限的位置处形成和发展,而在霜冰条件下,冰脊主要在机翼下表面形成,但是在热防护区域内有显著的结冰出现,该条件下的结冰对机翼的气动特性具有较大的破坏性. 展开更多
关键词 防冰 冰脊 热质耦合 结冰模型 气动特性
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冰形表面激光光带中心线快速提取方法 被引量：5
9
作者 康含玉 刘桂华 +1 位作者 王斌 牛乾 《实验流体力学》 CSCD 北大核心 2017年第5期81-87,共7页
在风洞结冰模型3D冰形测量中,激光三角测量法相对传统测量方法检测速度快、精确度高,具有极高研究价值。然而由于冰体对激光透射严重,影响激光中心线提取精度从而影响测量精度。针对此问题,提出一种冰形表面激光光带中心线快速提取方法... 在风洞结冰模型3D冰形测量中,激光三角测量法相对传统测量方法检测速度快、精确度高,具有极高研究价值。然而由于冰体对激光透射严重,影响激光中心线提取精度从而影响测量精度。针对此问题,提出一种冰形表面激光光带中心线快速提取方法。该算法具体实现步骤为:首先,采用基于三维块匹配去噪算法对图像进行降噪,并对图像进行视觉显著性计算,分割出光带区域;其次,求取梯度图并转换至频域空间,根据图像频谱特征求取能量中心区域;最后,对区域采用灰度重心法求取中心线亚像素级位置。采用冰箱冻结的半径已知圆柱冰块评估该算法,测得算法处理时效为28.57FPS,使用该算法的冰形轮廓重建精度达到0.017mm。实验证明算法满足冰形在线测量技术要求,为开展结冰实验中结冰生长过程在线三维检测技术奠定技术基础。 展开更多
关键词 结冰模型 图像处理 显著图 中心线提取 频域变换
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