不同參數對機翼防冰熱載荷的影響分析

劉賢良

摘 要：本文通過FANSAP-ICE軟件，計算了機翼在不同速度、攻角、溫度和MVD下的防冰熱載荷。經過兩組數據的對比，發現機翼的防冰熱載荷隨速度和溫度的增加和增大;機翼的攻角越接近0°，防冰熱載荷越大;當MVD位于20μm -30μm的某個值時，防冰熱載荷達到最大值。

關鍵詞：防冰熱載荷;機翼防冰;FANSAP-ICE

引

飛機在含有過冷水滴的云層中飛行時，會在一些表面出現結冰現象。飛機結冰會破壞飛機的氣動外形，增加飛行阻力，操縱性、穩定性下降等導致嚴重的飛行事故[1]為了防止結冰現象的發生，必須對部件表面防冰。

在進行機翼防冰系統設計時，需要根據機翼的防護范圍，確定嚴酷狀態點下的機翼防冰熱載荷，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。其中，機翼防冰熱載荷需要經過機翼外流場計算、機翼水滴撞擊特性計算，然后再根據熱平衡計算得出[2]，其大小主要受飛行工況（速度、攻角等參數）以及氣象條件（溫度、水滴直徑MVD，液態水含量LWC等）的影響。

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

本文利用FENSAP-ICE軟件，通過計算某飛機機翼在連續最大結冰條件下，不同飛行速度、溫度以及MVD時的機翼防冰熱載荷，分析了這些因素對機翼防冰熱載荷的影響。從而為防冰嚴酷狀態點的確定提供一定的依據。

1.防冰熱載荷計算模型

本文以某飛機機翼為計算對象，分別取機翼外側和內側的兩個截面Wing1和Wing2作為計算截面，其網格如圖1所示。網格沿展向拉伸一層，長度為1m。

根據圖1中的網格模型，設定不同的參數，進行兩組計算：

a） 當攻角分別-6°、-2.55°、0.9°、4.35°和7.8°時，計算機翼在速度分別為329km/h、410km/h、491km/h和572km/h情況下的防冰熱載荷;

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

2.計算結果及分析

2.1?? 速度和攻角對防冰熱載荷的影響

外側機翼截面Wing1在各速度下不同攻角的防冰熱載荷計算結果如圖2所示。可以看出，速度越高，防冰熱載荷越大，同時攻角對于防冰熱載荷的影響也隨之增大。機翼有一定的安裝角，圖中攻角與機翼安裝角相抵消時，防冰熱載荷達到最大值。

2.2?? 溫度和MVD對防冰熱載荷的影響

外側機翼截面Wing1和內側機翼截面Wing2在各溫度下不同MVD的防冰熱載荷計算結果如圖3所示。可以看出，溫度越高，防冰熱載荷越大。同一溫度下，隨著MVD增加到一定值時，防冰熱載荷達到峰值。峰值所對應的MVD大小主要受機翼翼型的影響，與溫度的關系不大。一般MVD在25μm到30μm之間時，防冰熱載荷達到最大。

3.結論

a） 機翼防冰熱載荷隨速度和溫度的增加而增加;

b） 機翼自身攻角接近于0°時防冰熱載荷達到最大;

c） 當MVD位于25μm到30μm之間的某個值時，防冰熱載荷達到最大，該值的具體大小與機翼翼型有關。

[參考文獻]

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

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

（作者單位：中航通飛華南飛機工業有限公司，廣東 珠海 519040）