中文摘要：

结冰表面粗糙度等表面特性对飞机结冰表面气流流动、传热传质、表面撞击水形态及后续结冰产生重要影响，从而影响因结冰而导致的气动性能恶化甚至飞行安全。本研究针对结冰表面粗糙度与飞机结冰的相关性展开研究，重点在结冰表面液态水的受力分析基础上建立了基于结冰表面撞击水形态的局部粗糙度分析模型，开发了耦合局部粗糙度分析模型的飞机多步结冰预测程序，并应用该程序研究了防冰条件下的冰脊问题。研究发现粗糙度增强了结冰表面的对流换热；耦合了局部粗糙度分析模型的结冰冰形与文献公布的试验冰形吻合度高，传统未考虑局部粗糙度的表面结冰冰形与试验冰形偏差较大；对冰脊的研究表明，加热功率一定时，随着时间增加，冰脊在宽度和高度方向上均有增长，且在高度方向上的增长较为明显，不同结冰条件和加热功率对冰脊形状和大小有不同程度的影响。此外，项目初期还研究了等效粗糙度模型，并进行了二维多步结冰模拟和三维机翼结冰模拟；补充研究了一种三维结冰无接触测量的新方法，并开发了一套三维冰形检测装置。项目研究成果对深化多相流理论，进一步认清飞机结冰机理，准确预测飞机结冰及其气动性能的改变，改进并优化飞机防除冰系统设计具有重要学术意义和工程实用价值