不同參數(shù)對(duì)機(jī)翼防冰熱載荷的影響分析

劉賢良

摘 要：本文通過FANSAP-ICE軟件，計(jì)算了機(jī)翼在不同速度、攻角、溫度和MVD下的防冰熱載荷。經(jīng)過兩組數(shù)據(jù)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)機(jī)翼的防冰熱載荷隨速度和溫度的增加和增大;機(jī)翼的攻角越接近0°，防冰熱載荷越大;當(dāng)MVD位于20μm -30μm的某個(gè)值時(shí)，防冰熱載荷達(dá)到最大值。

關(guān)鍵詞：防冰熱載荷;機(jī)翼防冰;FANSAP-ICE

引

飛機(jī)在含有過冷水滴的云層中飛行時(shí)，會(huì)在一些表面出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。飛機(jī)結(jié)冰會(huì)破壞飛機(jī)的氣動(dòng)外形，增加飛行阻力，操縱性、穩(wěn)定性下降等導(dǎo)致嚴(yán)重的飛行事故[1]為了防止結(jié)冰現(xiàn)象的發(fā)生，必須對(duì)部件表面防冰。

在進(jìn)行機(jī)翼防冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)機(jī)翼的防護(hù)范圍，確定嚴(yán)酷狀態(tài)點(diǎn)下的機(jī)翼防冰熱載荷，從而決定采用熱氣防冰還是電熱防冰，并確定引氣量、功率等參數(shù)。其中，機(jī)翼防冰熱載荷需要經(jīng)過機(jī)翼外流場(chǎng)計(jì)算、機(jī)翼水滴撞擊特性計(jì)算，然后再根據(jù)熱平衡計(jì)算得出[2]，其大小主要受飛行工況（速度、攻角等參數(shù)）以及氣象條件（溫度、水滴直徑MVD，液態(tài)水含量LWC等）的影響。

FENSAP-ICE作為一個(gè)專門用于結(jié)冰計(jì)算的軟件，其采用N-S方程求解空氣流場(chǎng)，利用Euler法計(jì)算機(jī)翼水滴撞擊，得到機(jī)翼表面水滴撞擊特性。根據(jù)水滴撞擊特性，F(xiàn)ENSAP-ICE可以計(jì)算出保持機(jī)翼表面無冰的最小熱載荷密度（濕態(tài)防冰熱載荷）以及保持機(jī)翼表面無水的最小熱載荷密度（干態(tài)防冰熱載荷）。

本文利用FENSAP-ICE軟件，通過計(jì)算某飛機(jī)機(jī)翼在連續(xù)最大結(jié)冰條件下，不同飛行速度、溫度以及MVD時(shí)的機(jī)翼防冰熱載荷，分析了這些因素對(duì)機(jī)翼防冰熱載荷的影響。從而為防冰嚴(yán)酷狀態(tài)點(diǎn)的確定提供一定的依據(jù)。

1.防冰熱載荷計(jì)算模型

本文以某飛機(jī)機(jī)翼為計(jì)算對(duì)象，分別取機(jī)翼外側(cè)和內(nèi)側(cè)的兩個(gè)截面Wing1和Wing2作為計(jì)算截面，其網(wǎng)格如圖1所示。網(wǎng)格沿展向拉伸一層，長(zhǎng)度為1m。

根據(jù)圖1中的網(wǎng)格模型，設(shè)定不同的參數(shù)，進(jìn)行兩組計(jì)算：

a） 當(dāng)攻角分別-6°、-2.55°、0.9°、4.35°和7.8°時(shí)，計(jì)算機(jī)翼在速度分別為329km/h、410km/h、491km/h和572km/h情況下的防冰熱載荷;

b） 當(dāng)MVD分別為15μm、20μm、25μm、30μm、35μm和40μm時(shí)，計(jì)算機(jī)翼在溫度分別為0℃、-5℃和-10℃情況下的防冰熱載荷。

2.計(jì)算結(jié)果及分析

2.1?? 速度和攻角對(duì)防冰熱載荷的影響

外側(cè)機(jī)翼截面Wing1在各速度下不同攻角的防冰熱載荷計(jì)算結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，速度越高，防冰熱載荷越大，同時(shí)攻角對(duì)于防冰熱載荷的影響也隨之增大。機(jī)翼有一定的安裝角，圖中攻角與機(jī)翼安裝角相抵消時(shí)，防冰熱載荷達(dá)到最大值。

2.2?? 溫度和MVD對(duì)防冰熱載荷的影響

外側(cè)機(jī)翼截面Wing1和內(nèi)側(cè)機(jī)翼截面Wing2在各溫度下不同MVD的防冰熱載荷計(jì)算結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯瑴囟仍礁?，防冰熱載荷越大。同一溫度下，隨著MVD增加到一定值時(shí)，防冰熱載荷達(dá)到峰值。峰值所對(duì)應(yīng)的MVD大小主要受機(jī)翼翼型的影響，與溫度的關(guān)系不大。一般MVD在25μm到30μm之間時(shí)，防冰熱載荷達(dá)到最大。

3.結(jié)論

a） 機(jī)翼防冰熱載荷隨速度和溫度的增加而增加;

b） 機(jī)翼自身攻角接近于0°時(shí)防冰熱載荷達(dá)到最大;

c） 當(dāng)MVD位于25μm到30μm之間的某個(gè)值時(shí)，防冰熱載荷達(dá)到最大，該值的具體大小與機(jī)翼翼型有關(guān)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 裘燮綱，韓鳳華合編.飛機(jī)防冰系統(tǒng)[M]. 北京： 航空專業(yè)教材編審組出版， 1985.

[2] 卜雪琴，林貴平，彭又新，郁嘉. 防冰熱載荷計(jì)算的一種新方法[J]. 航空學(xué)報(bào)，2006，27（2）： 208-212.

（作者單位：中航通飛華南飛機(jī)工業(yè)有限公司，廣東 珠海 519040）