题目：两相流方法研究飞机在大雨中的气动效能

许多因素会影响飞行器在起飞和降落时的安全性和操纵性，这些恶劣的因素包括侧风，低空风切变，结冰，强降雨，跑道腐蚀，跑道积水或积冰，鸟撞等等。由于在这些飞行阶段飞机的速度和高度都很低并且不能足够安全地在这些恶劣的条件下操纵，因此飞行员避免即将到来的灾难的做法是徒劳的。

一些诸如风切变，雷暴，结冰等气象条件对航空安全的确定的影响相对而言众所周知了。但是由于强降雨造成的气动影响仍然是一个持续研究的课题并且需要进一步的研究。在过去的十年里没有研究强降雨对气动效率降低影响的实验研究，但是有一些关于强降雨空气动力学的数值研究。强降雨大大影响飞机的气动性能。由于强降雨造成的气动效率降低是许多飞机事故的诱因。

本文首先研究了低雷诺数和相对高雷诺数下强降雨对二维对称的NACA0012，有弯度的NACA64210，NACA23015和NACA4412巡航，降落和高升力构型的翼型的影响。然后研究了雷诺数分别为7×106和2.2×106时强降雨对展弦比为5和2的三维机翼的气动效率降低的影响。研究了不同降雨率下的气动效率降低情况。使用前处理器Gridgen建立二维翼型和三维机翼的几何外形和结构及非结构网格的划分，并使用Fluent软件作为流场求解器。使用两相流方法中的拉格朗日坐标系下的离散相模型（DPM）来模拟散布在连续相中的雨滴微粒。包含了两个相之间的耦合以及耦合对两相的影响。在离散相模型（DPM）中，使用入射的雨滴微粒来对物面水膜进行建模。在本文中观察到了三维NACA0012机翼在降雨条件下出现明显的气动升力的下降以及阻力的增加。发现了强降雨造成了低迎角下的边界层提前转捩和高迎角下由于剪切力的增加而造成的边界层提前分离。在机翼表面形成的水膜以及溅射到空气中的雨滴是造成三维机翼气动效率降低的主要原因。所有的二维巡航和高升力构型的翼型和三维矩形机翼在模拟的降雨条件下相对于已知的升力情况来说都显示了明显的升力减小和阻力增加。在所有的翼型中最明显的差别是对液态水含量（LWC）的敏感性。NACA64210对LWC最敏感而NACA0012对LWC敏感度最低。类似地，三维NACA0012矩形机翼同样显示随着LWC的增加而导致气动效率的降低。不同的翼型显示出在强降雨和迎角下不同的气动效率降低的百分比。相对差别看似与每个翼型对边界层提前转捩的敏感性相关。选取LWC为0,12,17,23,30,39,46g/m3作为我们的研究条件。使用SA和KE湍流模型来模拟连续流体中湍流。

使用后处理软件像MATLAB，Tecplot和Origin来观察强降雨的影响，然后将得到的结果与实验结果进行对比。在大多数情况下数值结果与试验有相似的趋势。我们坚信本研究将对航空工程师和科学家设计飞机和无人机在恶劣天气条件中飞行和训练飞行员更好地在强降雨条件下控制飞机起到重要的作用。