后掠翼结冰数值模拟及实验研究

姜 寒，朱春玲

(南京航空航天大学航空学院，南京 210016)

飞机机翼作为提供升力的重要部件，在飞行过程中起着至关重要的作用[1]。当飞机在空中遇到结冰气象条件时，机翼表面会发生结冰现象，从而改变机翼的气动外形，导致升力下降阻力升高，影响飞行安全。因此对机翼结冰的研究就尤为重要，目前对机翼结冰研究的方法主要有结冰风洞实验和数值模拟两种。

结冰风洞实验主要通过将模型固定在结冰风洞内，通过风机和喷雾在制冷条件下模拟结冰气象条件下的飞行过程，观察结冰情况。

数值模拟利用计算机实现不同条件下的流场水滴场以及结冰的计算，因其应用的自由度和灵活性成为结冰研究中的主要方式。国外针对结冰计算开发了多款软件，例如 FENSAP-ICE[2]、LEWICE[3]和 ONERA[4]等。其中一些软件对结冰的模拟主要基于 Messinger 模型[5]。该模型通过求解表面积冰控制体的质量守恒及能量守恒方程，得到控制体的平衡温度，进而求得结冰量。Myers等[6]提出了能在结冰增长过程实现水膜、冰层之间传热传质的计算模型。中国对于结冰计算的研究工作也在发展中，张强等[7]基于欧拉两相流理论进行了三维机翼表面的霜冰模拟；曹广州等[8]根据冰层表面水膜流动特点建立了能模拟水膜流动的三维积冰数学模型；常士楠等[9]利用欧拉法求解空气水滴两相流流场并改进了 Messinger 模型；雷梦龙等[10]通过修改结冰类型判断方法，改进了 Myers 模型；王翊等[11]通过数值模拟的方法研究了二维翼型冰型生长过程；……