题目：粗糙度对飞机结冰性能的影响

飞机部件表面结冰时会破坏其气动外形，导致阻力增加，操纵性、稳定性下降，最终对飞行安全构成很大的威胁,因此对于飞机主要结冰部件表面结冰特性的相关研究更加迫切。在结冰过程中，结冰表面对流换热系数以及流动情况都严重影响结冰表面的相关特性，而对流换热系数的大小以及结冰表面的流动情况又反过来受到结冰表面粗糙度的影响。因而在结冰过程中，我们需要研究结冰表面粗糙度的形成机理及其对结冰所产生的影响。目前对于结冰表面粗糙度形成及其对结冰表面流动、对流换热系数的影响，大多数研究者都是通过试验观察或者测量的方法来进行的。本文首先根据结冰表面液态水呈现出的不同状态，对不同微观水形态下(主要以水膜、细流和水珠的形式存在)结冰表面的粗糙度形成进行了深入的理论分析，得出不同微观水形态下的粗糙度预测模型，同时对不同环境状态下的理论粗糙度模型与试验关联式模型所得到的结果进行了对比分析。然后在考虑结冰表面粗糙度时，分析了粗糙度对结冰表面流动情况的影响，合理选择了对流换热系数的计算方法，并利用边界层积分法的思想，在二维翼型光滑表面和不同程度下粗糙表面流场计算的基础上，进行了对流换热系数的计算求解，同时进行了两种情况下机翼表面结冰冰形的数值模拟仿真。结论表明，结冰表面粗糙度很大程度上增强了结冰表面的对流换热效果，导致在翼形前缘位置结冰厚度更大，冰角突出更为明显而且距离驻点区域更近。同时在课题研究过程中使用VB语言编写计算程序，对结冰表面粗糙度模型的预测，对流换热系数的计算以及考虑粗糙度情况下结冰模拟的数值仿真进行了相应的实现。本文在最后部分简单进行了小型开式原理性冰风洞的方案初步设计，并对主要设备进行相应的选型。对于粗糙度相关试验时的试验段进行了较为详细的布局设计，同时介绍了考虑粗糙度时结冰表面相关特性试验研究的一些试验方法和思路。 通过本文计算结果与国外文献相关试验结果的分析比较，验证了本文理论计算算法和程序的正确性。同时对一些具体的算例进行了具体的结果分析，从而更加明确结冰表面粗糙度对结冰的影响。