结冰机翼分离流动研究及容冰机翼优化设计

摘要

本文对结冰机翼分离流动以及容冰机翼优化设计进行了研究.首先采用带有壁面模型的大涡模拟研究了前缘流向冰和角状冰对单段翼和多段翼扰流及气动特性的影响.结果表明本文使用的非定常计算方法能够准确地预测结冰翼型的表面压力分布,并且能够准确地反映结冰翼型分离流动特性.对于单段翼构型,前缘结冰诱导的自由剪切层中存在两种特征频率,这两个特征频率与自由剪切层K-H失稳导致的涡脱落以及剪切层内部的涡配对现象相关;对于多段翼型,缝翼前缘结冰不仅影响其本身的气动特性,缝翼低能尾迹还可导致下游主翼和襟翼的升力降低.关于容冰机翼优化设计,搭建了考虑容冰翼型及机翼的多设计点/多目标优化设计平台,引入了针对带冰翼型计算的SST-SHF湍流模型.优化设计既考虑了机翼在巡航点的阻力及压力分布,又提高了在低速带冰工况下的最大升力系数.结果表明,在保证巡航阻力增加不超过3个单位的前提下,本文优化使得容冰翼型带冰最大升力系数提高了16％,容冰机翼带冰最大升力系数提高了7.8％.