特色应用
所提出的框架支持对二维机翼结冰现象进行快速初步评估、结冰状况筛查以及参数敏感性分析。由此产生的预测结果可以为初步设计决策提供支持，并有助于确定需要更高精度数值模拟或实验测试的优先级案例。
摘要
飞机结冰会显著改变机翼前缘的几何形状并降低空气动力性能，因此在飞机初步设计阶段需要采用计算效率高的预测方法。本研究提出了一种二维简化框架，用于预测机翼结冰现象。该框架结合了Hess–Smith势流求解器、拉格朗日粒子跟踪算法、表面冰收集效率重建模型以及迭代几何更新程序。在每次冰层增长后，都会在更新的几何形状上重新计算空气动力场和粒子轨迹，从而捕捉冰层生长、局部流速加速以及下游粒子撞击的耦合效应。通过收敛性研究确定了合适的表面和粒子离散化方法。该框架的预测能力通过四个实验数据进行了验证，这些实验数据涉及NACA 23012型机翼模型，涵盖了顺流型和粗糙度主导型结冰情况。数值预测结果再现了实际测量到的机翼前缘结冰的位置、范围和主要形态特征。参数分析表明，冰收集效率主要受攻角、液滴体积直径和来流速度的影响；而最大冰层厚度则主要受液态水含量和环境温度的控制。两参数响应图进一步揭示了粒子惯性、空气动力传输、入射水流量、结冰条件以及几何形状变化之间的非线性相互作用。所提出的框架为初步结冰评估、敏感性分析以及在开展更高精度研究之前快速筛选大气和运行条件提供了实用的低成本工具。
