机翼防冰布局方案设计

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了现代大型客机机翼防/除冰系统（IPS）的设计过程。设计人员需确定机翼结冰的位置和类型，评估结冰对气动特性的影响，并据此布置IPS。该过程涉及大量计算和试验，包括结冰风洞试验、测力风洞试验以及数值模拟方法。数值模拟方法包括冰形计算、混合翼设计、全机气动力的计算以及后处理分析。整个设计团队掌握了全机网格生成、流场计算、水机撞击特性计算、二维结冰计算等关键技术。

目前全球在役主流现代大型客机（安装涡扇发动机）的机翼都安装有机翼防/除冰系统（IPS）。那么飞机设计人员是如何确定机翼的哪个地方需要安装IPS的呢？

设计人员首先要知道机翼会结什么样的冰，然后要获取机翼结冰对飞机气动特性的影响，再对比飞机气动要求来布置机翼IPS。

整个过程说起来很简单，但是所涉及工作繁多，需要大量的计算和试验（结冰风洞试验、测力风洞试验）。下面从这个过程中需要的数值模拟方法方面给大家管中窥豹一下！

机翼会结什么样的冰？

这个其实说来话长，长到适航规章专门用一个附录C、一个附录O来规定结冰的气象条件。而飞机设计机构还要给出每个飞行阶段的飞行包线、状态来定义飞行条件。设计人员需要通过计算、结冰风洞试验从上述条件中确定每个飞行阶段对飞机气动特性影响最恶劣的冰形。需要说明的是为了降低结冰风洞试验的堵塞堵，需要在进行结冰风洞之前需要进行混合翼设计。同时为了试验状态在试验设备的能力包线之内，需要进行结冰试验参数相似转换。

                                                            冰形的计算（二维）

混合翼设计

                                                      冰风洞试验

机翼结冰对气动特性的影响

飞机本身外形就特别复杂，流动就更复杂了。为了获取飞机结冰前后的气动特性，需要进行全机气动力的计算。在计算前需要进行全机计算网格生成。全机计算网格生成一般分为结构网格生成和非结构网格生成。

                                                  全机流动复杂

全机结构网格拓扑

                                                全机非结构网格

计算后处理

飞机带冰前后计算结果的后处理，可用Tecplot或者CFD-Post进行。一般是气动力提取、空间流线、云图。

                                                                       带冰前后升力系数曲线

                                                                云图

在整个机翼防冰布局方案设计过程中，团队在全机网格生成、流场计算、水机撞击特性计算、二维结冰计算、计算结果后处理、混合翼设计、结冰参数相似性转换，冰形三维成型都全面掌握应用。