● 摘要
飞行器在含有过冷水滴的云层中飞行时，若表面温度低于零度，则表面会发生结冰现象，结冰会严重威胁飞行安全。故而通过试验研究结冰过程及其对飞行器的影响是非常重要的，冰风洞是地面结冰模拟试验的常用设备，具有安全、方便、成本相对较低的特性。但由于部件尺寸的限制和设备模拟范围的限制，冰风洞试验所采用的试验件和试验条件通常是经过缩比的，即结冰缩比试验。结冰缩比试验的目的是模拟实际飞机或部件的结冰情况，即通过缩比试验研究实际部件结冰的情况。常见的结冰缩比研究主要针对飞机上的静止部件如机翼、尾翼、风挡等，但飞机上的也存在很多旋转部件如螺旋桨等同样也会发生结冰，并且旋转部件的结冰情况更为复杂，故旋转部件的结冰缩比同样应该引起重视。 本文首先对旋转部件的结冰过程进行分析，通过对旋转体的流场、水滴运动、结冰过程进行分析，编写了适用于部分旋转部件的结冰计算程序，并将程序计算结果与商业结冰计算软件Fensap-ICE的计算结果进行对比，证实了程序对于旋转体的结冰计算可以获得与商业软件接近的结果，即本文对于旋转部件结冰过程的分析是正确的。 其次，本文从结冰缩比试验涉及的部件外形、流场、水滴运动轨迹、水滴收集特性、结冰过程中的能量平衡和水膜表面的动力学特性六方面进行了相似性分析，在此基础上，提出了旋转部件结冰缩比试验参数选取过程中应保证的重要相似准则数，并对结冰条件中的参数进行了进一步研究，明确了各个参数对旋转部件结冰的影响及其规律。在对国内外已有的静止部件缩比准则学习、验证和分析的基础上，编写了适应于旋转部件结冰缩比参数的计算程序。 最后，本文采用商业结冰计算软件Fensap-ICE对参考状态冰形和缩比状态冰形进行计算与分析，验证缩比准则及计算程序的有效性。计算结果显示缩比部件与参考部件的冰形具有较高的相似性，缩比部件的冰形能够较好的反映参考部件的冰形，说明旋转部件结冰缩比参数计算程序的方法是科学、有效的，理论分析与计算结果能获得较好的一致性。