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第1章 飞机结冰现象及机理1

1.1 飞机结冰现象1

1.1.1 基本概念1

1.1.2 结冰种类2

1.1.3 结冰部位4

1.1.4 结冰强度5

1.2 飞机结冰气象条件6

1.2.1 云的种类状态6

1.2.2 云中的过冷水滴8

1.2.3 水滴粒径分布9

1.3 影响飞机结冰的物理因素10

1.3.1 水滴直径10

1.3.2 液态水含量11

1.3.3 空气温度11

1.3.4 飞行高度12

1.3.5 云层的水平距离12

1.3.6 地形因素12

1.3.7 季节因素12

1.3.8 与飞机有关的因素12

1.4 飞机结冰设计规范14

1.4.1 结冰气象参数统计数据14

1.4.2 传统结冰气象设计标准14

1.4.3 新增结冰气象设计标准20

1.5 结冰对飞机性能的影响25

1.5.1 升力面结冰25

1.5.2 发动机结冰27

1.5.3 其他部位结冰28

参考文献28

第2章 飞机防（除）冰方法30

2.1 热防冰系统30

2.1.1 概述30

2.1.2 热气防冰系统32

2.1.3 电热防（除）冰系统35

2.2 液体防冰系统37

2.2.1 液体防冰原理37

2.2.2 防冰液的选择37

2.2.3 防冰液的分配方法38

2.3 机械除冰系统40

2.3.1 膨胀管除冰40

2.3.2 电脉冲除冰系统41

2.4 防（除）冰新方法44

2.4.1 记忆合金除冰44

2.4.2 疏水材料防冰45

2.5 典型飞机的防（除）冰系统45

2.5.1 波音787飞机的防冰系统45

2.5.2 ARJ21飞机的防冰系统46

参考文献47

第3章 水滴撞击特性48

3.1 基本概念48

3.1.1 水滴撞击极限49

3.1.2 总收集系数49

3.1.3 局部水收集系数50

3.1.4 水滴遮蔽区51

3.1.5 水滴撞击特性计算方法51

3.2 空气流场计算52

3.2.1 质量守恒方程53

3.2.2 动量守恒方程53

3.2.3 能量守恒方程55

3.3 拉格朗日法计算水滴撞击特性56

3.3.1 水滴运动轨迹方程56

3.3.2 运动方程的数值求解58

3.3.3 拉格朗日法计算局部水收集系数62

3.4 欧拉法计算水滴撞击特性63

3.4.1 概念引入63

3.4.2 欧拉法计算模型63

3.4.3 数值求解及实现方法65

3.4.4 欧拉法计算局部水收集系数67

3.5 水滴撞击特性影响参数67

3.5.1 飞行速度的影响68

3.5.2 水滴直径结果分析68

3.5.3 几何形状的影响69

3.6 过冷大水滴撞击特性70

3.6.1 过冷大水滴动力学现象70

3.6.2 过冷大水滴运动模型71

参考文献74

第4章 飞机结冰过程分析76

4.1 基本概念76

4.1.1 结冰过程数值分析步骤76

4.1.2 结冰热力学分析77

4.2 空气流场与水滴撞击特性计算77

4.3 结冰热力学分析77

4.3.1 控制容积的质量守恒78

4.3.2 控制容积的能量守恒80

4.3.3 结冰系数f的求解83

4.3.4 冰形计算84

4.4 结冰过程对流换热系数的计算86

4.4.1 表面粗糙度的计算86

4.4.2 粗糙壁面附面层积分法87

4.4.3 CFD方法89

4.5 飞机结冰过程影响因素分析100

4.5.1 环境温度对结冰的影响100

4.5.2 平均容积直径（MVD）对结冰的影响103

4.5.3 结冰时间的影响103

4.5.4 液态水含量（LWC）对结冰的影响103

4.6 现行结冰计算软件介绍105

4.6.1 LEWICE105

4.6.2 FENSAP-ICE106

参考文献107

第5章 热气防冰系统设计及热力分析109

5.1 防冰系统设计严酷状态点及防护区域的确定109

5.1.1 严酷状态点的确定109

5.1.2 防护区域的确定110

5.2 防冰热载荷110

5.2.1 防冰热载荷计算111

5.2.2 溢流水113

5.3 防冰表面传热系数计算115

5.3.1 附面层的概念115

5.3.2 对流换热系数求解方法116

5.4 供气管路的计算118

5.4.1 供气管路的温降计算119

5.4.2 供气管路的压降计算120

5.4.3 笛形管热气喷口流量及喷口压力损失计算123

5.5 防冰腔结构设计及热效率计算126

5.5.1 防冰腔结构设计126

5.5.2 防冰腔内热气流动与换热模拟126

5.6 热气防冰腔内外耦合传热计算127

5.7 典型参数对表面温度的影响130

5.7.1 表面温度和溢流水结果总体分析130

5.7.2 水滴直径的影响131

5.7.3 液态水含量的影响132

5.7.4 环境温度的影响134

5.7.5 攻角的影响135

参考文献137

第6章 直升机结冰与防冰139

6.1 直升机结冰139

6.1.1 直升机结冰的危害139

6.1.2 直升机结冰的特点140

6.2 直升机防（除）冰系统142

6.2.1 液体防冰系统142

6.2.2 电热除冰系统142

6.3 直升机电热除冰系统设计144

6.3.1 设计状态的确定144

6.3.2 除冰防护区的确定145

6.3.3 加热片的分区方式146

6.3.4 加热功率及除冰控制规律设计148

6.3.5 黑鹰直升机除冰系统149

参考文献151

第7章 飞机结冰探测152

7.1 飞机结冰探测系统的基本概念152

7.1.1 冰和结冰条件探测152

7.1.2 结冰系数的考虑154

7.1.3 水滴飞溅、溢流和脱落的考虑154

7.1.4 安装位置的考虑154

7.1.5 其他考虑因素155

7.1.6 结冰探测器指示方法156

7.2 常用结冰探测器156

7.2.1 常用结冰方法简介156

7.2.2 谐振结冰探测器157

7.2.3 光学法结冰探测器160

参考文献163

第8章 飞机结冰与防（除）冰试验164

8.1 概述164

8.2 结冰与防冰试验方法165

8.2.1 冰风洞试验165

8.2.2 干空气飞行试验165

8.2.3 模拟结冰飞行试验166

8.2.4 自然结冰飞行试验167

8.2.5 其他地面模拟试验169

8.3 冰风洞试验技术170

8.3.1 常规风洞170

8.3.2 冰风洞172

8.3.3 参数测量175

8.4 相似准则182

8.4.1 流场相似183

8.4.2 水滴运动轨迹相似183

8.4.3 表面水收集量相似186

8.4.4 结冰表面热力学相似187

8.4.5 相似方法188

参考文献191

第9章 飞机透明表面防冰、防雾193

9.1 风挡防冰193

9.1.1 电热防冰193

9.1.2 热气防冰196

9.1.3 液体防冰198

9.1.4 小结198

9.2 风挡防冰热载荷及其影响因素199

9.2.1 水收集系数与防冰载荷计算199

9.2.2 风挡防冰热载荷的影响因素200

9.3 透明表面防雾201

9.3.1 物化法防雾202

9.3.2 加热法防雾202

9.4 波音787型飞机的风挡防冰、防雾系统203

参考文献205

附录A 流体外掠平板对流换热附面层积分方程求解206

附录B 刘易斯冰风洞209

附录C 饱和水蒸气、干空气物性及常用材料物性参数表211