加拿大研究人员开发出高水平的飞机积冰模型

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-10-11 加拿大留学堂


飞机外表面积冰会导致其性能降低并对安全飞行构成潜在风险,为减轻这种威胁,加拿大国家研究理事会(简称NRC)航空积冰研究人员着手研究云中可能出现的极小(0.02-0.04mm)、过冷(低于0℃) 液滴的特点和结构,这种液滴若撞击机翼前沿或其它部分,容易凝结积冰,构成安全威胁。
 NRC航空动力研究团队开发了一种新型积冰建模方法,据称超过了当前世界最高水平,如美国、英国、法国、意大利的国家航空航天实验室等。传统积冰模型主要考虑连续反弹液滴的撞击和积冰表面的水流,NRC的创新方法是对冰的累积进行建模,可称之为成形建模,主要考虑流体元素集合的三维特性,即撞击、沿冰面移动以及凝结。
这种方法能够同时预测结霜和积冰,伴随密度变化显现出复杂的三维特征,如“龙虾尾”、霜羽、冰脊和溪流等形状,此前其它模型都无法预测这些产生在机翼上的积冰的重要特性,其形态会对机翼上方气流造成很大影响,从而影响飞行安全。
目前,该团队正准备用风洞测试验证其3D代码。他们将利用NRC航空风洞,模拟环境使机翼以30度角和45度角迎风,对积冰形状进行3D扫描和图像处理,并对比两组实验结果。如果风洞测试结果证实了仿真数据,则证明3D计算机模型准确,将为飞机制造商和安全监管机构采用该模型验证飞机性能提供信心。风洞验证结果还可应用于其它工程建模,如因冻雨造成的风力涡轮机、输电线路以及桥梁缆索积冰。
 伴随这些测试经验积累,该团队将扩展建模范围,以应对过冷大水滴(SLD)环境,美国联邦航空局(FAA)和欧洲航空安全局(EASA)最近均将SLD纳入各自安全规范。这些直径从0.1毫米到1毫米的水滴可以冻结在超出现有积冰保护系统的飞机表面,因此,飞机制造商需要通过系统仿真来评估SLD对持续安全飞行的影响,仿真必须通过SLD环境下飞行或风洞试验验证。为满足这些新需求,NRC将对原有风洞进行升级改造,以确保原设备制造商能够有效验证零部件。
近期测试产生的最终验证数据将把该团队的建模成果推向这一领域研究前沿,他们还得到一家加拿大公司的许可,将其研发成果商业化。
文章来源:科技部
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