过冷水滴撞击螺旋桨桨叶表面的数值模拟研究.pdfVIP

第25卷增刊 计算力学学报 V01．25，Sup． 2008年12月 M代h卸ics December2008 Q面e辩J0佃词0fC‘m叫m-al 过冷水滴撞击螺旋桨桨叶表面的数值模拟 刘春生¨，刘沛清1，赵岳鹏2 (1．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083： 2．中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京100083) 摘要：本文介绍了某型螺旋桨在不同飞行状态下．求解桨叶水滴撞击特性的数值方法．该方法对桨叶运动 模型进行简化，并在对绕桨叶运动的气流场计算的基础上，采用拉格朗日方法求解气流场中水滴运动方程， 得到水滴运动轨迹．进而，确定了水滴对桨叶的撞击特性参数，为桨叶防冰系统设计提供条件．主要结论如 下：(1)在巡航状态下，桨叶沿展向方向上总收集系数厶和局部收集系数，不断增大；(2)在爬升状态下， 随着爬升高度H不断增大，飞行速度％不断增大，水滴撞击在桨叶表面的范围有所增加，而且口随之增大；(3) 随着水滴平均有效直径(MVD)的增大，水滴撞击在桨叶表面的范围明显增加同时，B在桨叶表面同一位置的值 也随之增大． 关键词：防冰系统；除冰系统； 螺旋桨；水滴撞击特性；水滴轨迹 中图分类号：V211．1 文献标识码：A 1 引 言 2水滴撞击特性分析 飞机在结冰条件下飞行时，其螺旋桨的桨叶 2．1空气流场计算 容易发生结冰。螺旋桨桨叶结冰时，首先是在桨 螺旋桨桨叶水滴撞击特性研究首先要解决螺 叶前缘开始并沿弦向逐渐扩展。结冰范围可达弦 旋桨气动理论问题，实践证明，文酬31提供的片条 长的20～2fi％。如果飞机在大雷诺数条件下飞行理论与实验数据的符合性较好，因此本文采用文 时，气流流动的特征主要取决于表面粗糙度。桨 献p】所提供的片条理论作为水滴撞击特性的气动 叶结冰后，破坏了表面的光滑，使结冰一开始， 基础，具体内容如下： 就出现了附面层的紊流化，因而极大地增加了翼 2．1．1 动量理论 型阻力，使拉力特性变坏，效率降低，甚至引起 在桨盘平面径向，．处，取一微段长度dr，相 严重的飞行事故。目前，防冰系统已经成为保障 应叶素弦长b，前飞速度为％，在桨盘面内的切 螺旋桨安全正常工作的重要部件之一。桨叶上的 向速度为2翮，。 结冰区和结冰量与过冷水滴在桨叶上的撞击特性 根据动量定理可得： 直接相关，因此，为正确设计和布置桨叶防冰系统， aT=4矽p曙(1+a)a (1) J。 必须首先确定水滴在桨叶上的撞击特性ll (2) 妲=4=?Vo(1+aX2m-n，)口72dr 由于在飞行中桨叶的运动非常复杂，因而绕桨 叶运动的气流场在空间中的分布也相当复杂，这就 其中： 口。=国r／(2m,。，．) 导致了水滴撞击特性分析的复杂化。参照文献【21， 2．1．2叶素性能求解 本文将对整个桨叶的水滴撞击特性研究，进～步 (a)给定来流速度％，螺旋桨直径D，螺旋 简化对多个二维桨叶截面的水滴撞击特性分析。 桨旋转速度m，桨叶片数ⅣB，桨毂直径面