飞机机翼积冰后流场与气动性能的数值分析

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雅宝题库解析：
    积冰对气动性能的影响已经经过了很多年的研究，这其中有的通过实验方法，有的通过数值模拟方法，在这些研究的基础上产生了许多积冰后的翼型数据库以及在不同条件下积冰对气动性能产生不同影响的结果。大多数关于飞机积冰的研究对于积冰冰形几何参数与其对气动性能带来的损失之间的关系缺乏清晰的理解。众所周知，虽然积冰外形差异很大，但是其对气动性能的影响均大同小异，表现在积冰会在翼面造成大面积的分离流。对此，利用雷诺平均Navier-Stokes 方法(RANS)数值模拟的结果与实验获得的结果是一致的，因此这种方法也能够给予其他的情况一些指导。由于翼型或者机翼在临近失速产生最大升力时不稳定流动的存在，所以积冰后翼型或者机翼的气动性能的变化就显得复杂且难以预测。这种不稳定流动的最显著的一个特点就是在积冰形成的冰角后面产生大面积的分离涡。    然而，在对积冰后翼型和机翼的研究中，雷诺平均方法（RANS）不能有效地捕捉涡非线性的分离过程。因此，分离涡模拟方法（DES）被用于复杂流动的数值模拟过程中。同样，DES方法也被用在了研究由于积冰而造成的分离涡的题目上。    本文研究的目的是利用现有的计算流体力学方法，如定常的雷诺平均Navier-Stokes 方法(RANS)和非定常的分离涡模拟方法（DES），来预测五种不同冰形对飞机机翼气动性能的影响；同时，评估了DES方法对预测飞机机翼在积复杂明冰的情况下翼面非定常分离流动的有效性。本文用于积冰与未积冰研究的机翼是现代商用喷气飞机主要使用的机翼构型，即常用的GLC305梯形后掠机翼，其前缘后掠角为28°。之所以选用该机翼是因为有大量的机翼积冰对气动性能影响的实验数据能够作为比较。积冰后的机翼数值模拟过程中所采用的三维模型是由一系列的二维积冰后机翼翼型放样得到的，在此基础上，生成了C-H型多块结构网格，并进行了分析，进而研究飞机积冰后气动性能的损失。计算过程中，采用雷诺平均Navier-Stokes方程，二阶迎风差分法，湍流模型分别采用了一方程Splart - Allmaras（S-A）模型和二方程SST模型。数值模拟结果表明明冰积冰情况对飞机机翼气动性能造成更为严重的影响。