不同参数对机翼防冰热载荷的影响分析

刘贤良

摘 要：本文通过FANSAP-ICE软件，计算了机翼在不同速度、攻角、温度和MVD下的防冰热载荷。经过两组数据的对比，发现机翼的防冰热载荷随速度和温度的增加和增大;机翼的攻角越接近0°，防冰热载荷越大;当MVD位于20μm -30μm的某个值时，防冰热载荷达到最大值。

关键词：防冰热载荷;机翼防冰;FANSAP-ICE

引

飞机在含有过冷水滴的云层中飞行时，会在一些表面出现结冰现象。飞机结冰会破坏飞机的气动外形，增加飞行阻力，操纵性、稳定性下降等导致严重的飞行事故[1]为了防止结冰现象的发生，必须对部件表面防冰。

在进行机翼防冰系统设计时，需要根据机翼的防护范围，确定严酷状态点下的机翼防冰热载荷，从而决定采用热气防冰还是电热防冰，并确定引气量、功率等参数。其中，机翼防冰热载荷需要经过机翼外流场计算、机翼水滴撞击特性计算，然后再根据热平衡计算得出[2]，其大小主要受飞行工况（速度、攻角等参数）以及气象条件（温度、水滴直径MVD，液态水含量LWC等）的影响。

FENSAP-ICE作为一个专门用于结冰计算的软件，其采用N-S方程求解空气流场，利用Euler法计算机翼水滴撞击，得到机翼表面水滴撞击特性。根据水滴撞击特性，FENSAP-ICE可以计算出保持机翼表面无冰的最小热载荷密度（湿态防冰热载荷）以及保持机翼表面无水的最小热载荷密度（干态防冰热载荷）。

本文利用FENSAP-ICE软件，通过计算某飞机机翼在连续最大结冰条件下，不同飞行速度、温度以及MVD时的机翼防冰热载荷，分析了这些因素对机翼防冰热载荷的影响。从而为防冰严酷状态点的确定提供一定的依据。

1.防冰热载荷计算模型

本文以某飞机机翼为计算对象，分别取机翼外侧和内侧的两个截面Wing1和Wing2作为计算截面，其网格如图1所示。网格沿展向拉伸一层，长度为1m。

根据图1中的网格模型，设定不同的参数，进行两组计算：

a） 当攻角分别-6°、-2.55°、0.9°、4.35°和7.8°时，計算机翼在速度分别为329km/h、410km/h、491km/h和572km/h情况下的防冰热载荷;

b） 当MVD分别为15μm、20μm、25μm、30μm、35μm和40μm时，计算机翼在温度分别为0℃、-5℃和-10℃情况下的防冰热载荷。

2.计算结果及分析

2.1   速度和攻角对防冰热载荷的影响

外侧机翼截面Wing1在各速度下不同攻角的防冰热载荷计算结果如图2所示。可以看出，速度越高，防冰热载荷越大，同时攻角对于防冰热载荷的影响也随之增大。机翼有一定的安装角，图中攻角与机翼安装角相抵消时，防冰热载荷达到最大值。

2.2   温度和MVD对防冰热载荷的影响

外侧机翼截面Wing1和内侧机翼截面Wing2在各温度下不同MVD的防冰热载荷计算结果如图3所示。可以看出，温度越高，防冰热载荷越大。同一温度下，随着MVD增加到一定值时，防冰热载荷达到峰值。峰值所对应的MVD大小主要受机翼翼型的影响，与温度的关系不大。一般MVD在25μm到30μm之间时，防冰热载荷达到最大。

3.结论

a） 机翼防冰热载荷随速度和温度的增加而增加;

b） 机翼自身攻角接近于0°时防冰热载荷达到最大;

c） 当MVD位于25μm到30μm之间的某个值时，防冰热载荷达到最大，该值的具体大小与机翼翼型有关。

[参考文献]

[1] 裘燮纲，韩凤华合编.飞机防冰系统[M]. 北京： 航空专业教材编审组出版， 1985.

[2] 卜雪琴，林贵平，彭又新，郁嘉. 防冰热载荷计算的一种新方法[J]. 航空学报，2006，27（2）： 208-212.

（作者单位：中航通飞华南飞机工业有限公司，广东 珠海 519040）