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随积冰历程的机翼蒙皮载荷实验研究

李钊 杨广珺 蒋锋

李钊, 杨广珺, 蒋锋. 随积冰历程的机翼蒙皮载荷实验研究[J]. 实验流体力学, 2021, 35(3): 9-15. doi: 10.11729/syltlx20200074
引用本文: 李钊, 杨广珺, 蒋锋. 随积冰历程的机翼蒙皮载荷实验研究[J]. 实验流体力学, 2021, 35(3): 9-15. doi: 10.11729/syltlx20200074
LI Zhao, YANG Guangjun, JIANG Feng. Experimental analysis on aero-loading of wing skin with icing accretion[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021, 35(3): 9-15. doi: 10.11729/syltlx20200074
Citation: LI Zhao, YANG Guangjun, JIANG Feng. Experimental analysis on aero-loading of wing skin with icing accretion[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021, 35(3): 9-15. doi: 10.11729/syltlx20200074

随积冰历程的机翼蒙皮载荷实验研究

doi: 10.11729/syltlx20200074
基金项目: 

结冰与防除冰重点实验室开放课题 IADL20190406

详细信息
    作者简介:

    李钊(1990-), 男, 陕西渭南人, 博士研究生。研究方向: 飞行器总体设计。通信地址: 陕西省西安市友谊西路127号西北工业大学航空学院(710072)。E-mail: lizhao0125@163.com

    通讯作者:

    杨广珺, E-mail: yanggj_1031@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: V216.5+1;V211.71

Experimental analysis on aero-loading of wing skin with icing accretion

  • 摘要: 积冰改变了翼型的气动外形和绕流流场,使得机翼气动载荷分布产生动态变化。蒙皮作为气动载荷的承受及传递对象,会在气动载荷的动态作用下产生不同的振动响应。以某大弯度翼型为研究对象,提取了典型积冰增长过程中尾缘上下蒙皮振动特征,采用载荷谱方法研究积冰全历程的蒙皮振动及流场变化特性,并分析了不同材质的蒙皮在结冰不同阶段的响应及结构稳定性。结果表明:不同材质蒙皮对冰致脱体涡及后缘分离涡具有不同的载荷感知特性;刚性蒙皮载荷谱及其能量相对集中,柔性蒙皮载荷相对分散;随着积冰增多、冰角增长,脱体涡主频逐渐前移,冰角表面小冰枝引起宽幅高频振动;前缘脱体涡与尾迹掺混造成翼型后缘绕流载荷能量增加。
  • 图  1  0.3 m×0.2 m结冰风洞外形

    Figure  1.  Diagram of icing wind tunnel FL-16y

    图  2  实验模型及传感器安装位置

    Figure  2.  Test model and accelerometer position

    图  3  翼型的结冰风洞实验结果

    Figure  3.  Ice shapes of hybrid airfoil at -2 ℃ and -7 ℃

    图  4  结冰后的翼型绕流流场变化过程及蒙皮振动示意

    Figure  4.  Flow field and skin vibration in a period

    图  5  采用CFD得到的翼型压力脉动频率

    Figure  5.  FFT analysis of the pressure oscillation frequencies at different positions

    图  6  不同材质蒙皮的加速度测量值

    Figure  6.  Graph of acceleration over time at different locations

    图  7  吹气阶段不同蒙皮的翼型前缘响应

    Figure  7.  The vibration of CF and AA skin without ice

    图  8  铝合金蒙皮典型时间点频率响应

    Figure  8.  The vibration frequency of aluminum alloy skin at different times

    图  9  碳纤维蒙皮典型时间点频率响应

    Figure  9.  The vibration frequency of carbon fiber skin at different times

    图  10  未结冰(-30 s)、结冰中(60 s)、结冰后(90 s)压力分布及流线

    Figure  10.  Pressure distribution and streamline obtained by CFD

    表  1  实验参数

    Table  1.   Parameters for tests

    来流总压p/Pa 来流速度v/(m·s-1) 迎角α/(°) 液态水含量LWC/(g·m-3) 平均液滴直径MVD/μm 结冰时间t/s
    96 573 90.0 4 0.5 25 180
    下载: 导出CSV

    表  2  蒙皮模态分析结果

    Table  2.   Modal analysis results

    一阶频率 二阶频率 三阶频率 四阶频率
    铝合金AA 485.57 485.57 579.88 708.66
    碳纤维CF 427.28 427.28 509.38 623.59
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-12
  • 修回日期:  2020-08-21
  • 刊出日期:  2021-06-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日