[交大智慧]上海交大刘洪教授团队在飞机结冰机理研究上获重大突破

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2016年6月22日，国际学术期刊Physics of Fluids发表了上海交通大学航空航天学院刘洪教授飞机结冰研究团队完成的关于飞机结冰的学术论文“Effect of drop size on the impact thermodynamics for supercooled large droplet in aircraft icing”。Physics of Fluids主编专门撰文进行介绍和推荐，在国际上受到了极大关注。    

刘洪教授团队经过长期的深入实验，研究了大跨度粒径过冷大水滴（Supercooled Large Droplets, SLD）（0-1500微米）中两个重要因素，粒径效应和过冷度影响结冰的机理，定量地精确地给出了过冷大水滴的碰撞壁面时的最大铺展及回缩速率，建立了针对大跨度粒径过冷大水滴结冰理论描述，并从理论上建立了过冷度传热影响的机制，同时建立了新机理下的结冰速率表达式、以及冲击传热的水滴模型，该模型可直接用于目前结冰模拟软件修正原有模型。    

飞机SLD结冰问题研究可追溯到1994年Roselawn空难。美国FAA在事故调查中发现飞机在飞行中遭遇了超出适航条款要求的大粒径过冷水滴环境，在除冰罩后形成脊状冰，导致坠机事故，类似特征在1994年至今的多次空难中得到证实。为了考虑过冷大水滴问题对于飞行安全的影响，FAA于2014年11月颁布了140修正案，修改了附录C规定的水滴粒径（0-50微米）为新条款附录O（0-1000微米）。但是历时近20年，对于过冷大水滴实际结冰机理的认识仍比较空白。目前学术研究领域普遍缺乏针对条款的水滴粒径范围实验条件，系统的针对飞机过冷大水滴环境的防除冰措施很不足。    

期刊主编撰文认为：感谢上海交通大学刘洪教授团队为了解决该问题，设计水滴的垂直冰风洞、能够精确控制水滴粒径的发生器，得到完全不同的机理认识，分析看到“异常结冰现象”、建立“异常结冰现象”机理解释和理论，完成了实验发现到理论提升研究的全过程。该研究结果对飞机安全设计及飞行安全领域的现实意义，有助于整体提升飞机设计的安全性设计水平。实验结果实际上支持了FAA 2014年的140修正案颁布的合理性和必要性，这是对全世界飞行安全领域都很重要的事实。    

目前该模型已在我国产民机ARJ21、C919上投入使用。未来十年该团队将针对飞行安全的实际环境，不断修正理论在实际复杂环境的应用，努力为人类飞行安全做出更大贡献。    

论文链接 ：http://scitation.aip.org/content/aip/journal/pof2/28/6/10.1063/1.4953411

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