飞机表面结冰对飞机的影响及防护毕业论文(编辑修改稿)

飞机表面结冰对飞机的影响及防护毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

毕业设计论文 9 （ 1） 楔状冰 （小四号宋体，固定值 20 磅） 楔状冰透明度比较差 ， 多程乳白色 ， 无光泽所以一些资料也称它 “ 不透明 冰 ”、“ 无光泽冰 ”、 和 “ 乳白色冰 ”； 又由于它很像冬季地面上的雾凇 ， 所以又被称为 “ 雾凇 ” 或 “ 结晶冰体 ”， 如图31 图 31 楔状冰的显著特点是，在结冰表面上的分布范围小，仅在机翼前缘很狭窄的区域上形成，另外冰的比重也较小，约为 20xx6000N/m2。 这类冰在温度比较低 （ 20℃ 左右）和过冷水滴 较小的云层中形成。 由于 水滴尺寸要求小，所以在表面上的撞击范围小，加之温度低，所以冻结过程中的潜热要比热损失小得多。 因而它们的冻结速度十分迅速，以致在过冷水滴的外形尚未破坏时，就已经冻结在表面了。 撞击区小加上无向后的流散，所以其冻结范围狭窄，由于冻结迅速，所以水滴之间保持有空隙 ，其中气泡来不及排除，因而具有像砂纸一样粗糙不平的表面。 楔状冰组织比较松脆，所以比较容易脱落。 但一旦冰层结的很厚，又加上表面比较粗糙，她会对飞行带来较大的危害。 （ 2）混合冰 （小四号宋体，固定值 20 磅） 由于混合冰表面粗糙，所以又得 名“毛冰”；又因色泽类似于白瓷，所以也有 称其为“瓷冰”的。 如图 32 图 32 混合冰的主要特点是：其冰层表面粗糙不平且与机体表面的连接十分牢固，此种冰多形成于 10℃ —— 20℃ 的云中，因云中大、小水滴并存，所以形成的冰既具有大水滴结冰的特征，又具有小水滴冻结的特点。 如果云中既含有过冷水滴又含有冰晶，也可以形成混合型冰。 由于这类冰的表面粗糙不平，对飞机西安航空职业技术学院 毕业设计论文 10 外形的破坏比较大，又因其在表面删冻结的十分牢固，因而 对飞行的危害并不亚于楔状冰。 （ 3） 槽状冰 由于槽状冰的表面光滑 ， 冰体透明 ， 也有资料称其为 “ 明冰 ” ，这类冰 除光滑透明外，还具有以下各特点：通常它沿着翼型表面的弦向分布范围比较大，一般大于 200300mm； 由于冰的比重较大 ， 当飞机在结冰云层飞行时 ， 由于形成结冰的因素有很多 ， 飞机部件上的结冰形式也有所不同。 一般为 60009000N/m2；冰中没有气泡，因而透明并且组织致密，所以它的表面连结力很大，法向结合力高达 185N/cm2， 如图 33。 图 33 槽状冰具有上述特点 ，是由它形成时的条件决定的。 这种冰是在温度较高以及过冷水滴尺寸较大的云层中飞行时形成的。 由于过冷水滴较大， 所以它在表面上的撞击范围 也大，加之环境温度较高。 因而水滴在冻结中的潜热不易被散掉。 所以其冻结速度比较缓慢，使得有机会再气动力的作用下水滴向撞击极限的后方流散，这就形成了光滑、透明和组织紧密以及与表面结合强度较大的特点。 形成槽状的原因是由于过冷水滴在冻结过程中，有翼型前缘向后方流散的不完全所致。 飞机部件表面，特别是机翼表面上结了这类冰型，将会严重地破坏飞机的气动外形，由于它表面结合力较大难以脱落所以它对飞行的危害最大。 根据资料统计，飞机结冰中 经常出现的为混合冰型，其次为楔状冰，槽状冰出现的机会很少。 4 结冰对飞机飞行性能的影响 机翼和尾翼是飞机产生升力的主要部件。 结冰时，冰层主要聚集在翼面前缘部分。 机翼和尾翼上结冰，会引起翼型阻力增加，升力下降，临界攻角（失速攻角）减小，飞机操纵性和稳定性恶化。 翼型阻力增加，升阻比降低 翼型阻力是由摩擦阻力和压差阻力两部分组成的。 摩擦阻力的产生是由空气具有粘性，在空气流经机翼表面时，会形成附面层而产生摩擦阻力。 摩擦阻力的大小，主要取决于附面层的性质，层流附面层的阻力远比紊流附面层阻力小，西安航空职业技术学院 毕业设计论文 11 机翼表面都设计成流线型截面，就是为了避免出现紊流附面层 的。 压差阻力是物体前后的压力差所引起的，因此，它的大小主要取决于物体的形状。 为了减小翼型的压差阻力，机翼表面也必须具有良好的空气动力外形。 机翼和尾翼结冰后，表面出现不平并使翼型失真，破坏了原来的流线外形，是气流产生局部分离，从而使原来的层流附面层变成紊流附面层，于此相应的摩擦阻力和压差阻力都会增大。 有资料说，机翼表面结上槽状冰后，翼型阻力可增加 510 倍。 根据飞机试验，机翼和尾翼结冰时，其增加的阻力占飞机因结冰引起阻力增加总量的7080%。 由此可见，对机翼前缘防冰加温是十分重要的。 本来飞机的升力 系数Cy 是随攻角α的增大而增大的，当然阻力系数 Cx 也会增加，对于一个气动性能良好的翼型剖面，应该是升力系数比阻力系数增加得快一些，通常用升阻比k=Cy/Cx 来衡量机翼空气动力性能的优劣。 显然， k 值应越大越好。 但是，机翼结冰后，阻力增加多，引起升阻比降低，使机翼空气动力品质变坏。 临界攻角减小 临界攻角减小 当机翼为流线型时，流过机翼的气流将是一层一层的，这时的升力系数 Cy 随攻角α的增加而线性增长；α增大α cr 时，如果再继续增加，则 Cy 猛烈下降，这个升力系数 Cy 为最大值时的攻角α cr 称为临界攻角。 当翼面结冰后，气流的流线型分层遭到破坏，会使临界攻角α cr 下降。 图 41 表示了翼面结矛状冰和槽形冰后临界攻角减小的情况，同时可见，结冰后的升力系数最大值 Cymax 也下降了。 机翼与尾翼结冰后，临界攻角下降，使飞机在低速飞行时，特别是在着陆时有失速的危险，因此飞机在着陆时，水平尾翼通常处于负攻角状态，对飞机起着配平作用，由于临界攻角下降，使得尾翼在较小负攻角时就产生了气流分离，因而引起飞机低头，为了纠正这种非操纵性的飞机低头，飞行员不得不增大襟翼偏转角，这就失去了飞行速度，飞行速度过低则容易进入失速状 态。 在结冰状态，为了避免失速危险，飞机的最小飞行速度应为不结冰状态产生气流分离时的极限速 度的 倍。 机翼和尾翼的严重结冰，还会引起飞机的机械抖动，操纵机构的缝隙结冰可能引起卡阻现象，这些都是影响飞机操纵和危及飞行安全的。 发动机进气部件结冰的影响 飞机在结冰气象条件下飞行时，发动机的进气道前缘、发动机压气机前的整流罩。 支撑件、以及第一级压气机前的导流叶片都有可能结冰。 发动机进气道前缘通常具有与机翼类似的流线外形，故其结冰情况与机翼有类同之处，但又有它的特点，如结冰区域比机翼大，另外由于气流在进气道内加速，使温度下降，所以在环境介质温度 510℃的正温条件下也可能结冰。 图 41 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 12 图 42 图 43 图 42 为发动机进气道前缘及内外表面结冰情况的示意图。 发动机进气道及进气部件结冰，破坏了他们原来的气动外形，减小了进气道面积同时也减小了压气机每相邻叶片间的空气流通面积，使进入发动机的空气流量减少，因而发动机功率下降。 对进气道入口装有格栅的发动机，结冰时气体流通面积减小更多，可能导致功率严重下降。 为了保障发动机的转速和推力， 这时必 须加大燃油比流量，这样除增大燃油比消耗外，还 会使涡轮前燃气温度升高，若超过允许值则会烧坏涡轮叶片，导致发动机停车。 由于结冰的不对称性及压气机叶片上冰层的不均匀脱落，都会破坏转子的动平衡，它除造成动力装置及飞机的振动外，严重时还会导致发动机轴承的损坏；脱落的冰层。