3D打印夹芯复合材料模拟冰型设计与分析

彭锦峰，吴东润，崔为运，蔡登安，周光明

南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室，南京 210016

飞机在湿润的环境中巡航时，空气中的水滴则撞击并吸附在飞机迎风部件上。由于液体在固化的过程中会释放本身热量，当大量水滴聚集在飞机表面上时，水滴温度会急剧降低至降至结冰水平，使部分水滴在飞机蒙皮表面凝结成冰[1-2]。飞机不同部位结冰对飞行安全有着不同的影响，例如机翼前缘结冰厚度达到1.3厘米时，机翼升力下降50%，阻力增加30%，飞机的失速速度也会大幅度提高。结冰厚度继续增加，使得飞机整体重心前移，使飞机形成一个低头力矩，加大对飞机操作的难度，严重影响飞行安全[3]。故在美国联邦航空法规23部分1419号“防冰”条款中指出“飞机必须通过连续最大结冰型件和最大间断结冰状态的试验来验证飞机能够安全运行”[4]。此条款说明在适航认证的中，获得飞机在适航条例规定环境下的结冰形状，从而对飞机表面结冰的情况进行安全评估的环节必不可少[5]。

根据中国民用航空条例25部规定，一款取得适航认证的飞机必须进行自然结冰的试验[6]，但是自然结冰下的飞行测试成本较高、难度较大，同时自然结冰形状多样化，单次飞行试验难以达到实际试验的要求，试验结果不具备普遍性。因此通过安装模拟冰型试验不仅减少自然结冰飞行试验的次数降低了试验成本，提高了适航测试效率，还可以提前发现飞机性能的缺陷，从而对飞机进行再改进设计。……