冰风洞环境下跨声速风扇叶片积冰脱落试验

doi:10.7527/S1000-6893.2026.33026

航空发动机防除冰技术专栏

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冰风洞环境下跨声速风扇叶片积冰脱落试验

王立志¹^,², 赵巍¹^,²^,³^,⁴, 徐强仁¹^,², 张锴¹^,², 项效镕¹^,²^,³^,⁴, 赵庆军¹^,²^,³^,⁴^,⁵()

^1.中国科学院工程热物理研究所，北京 100190
^2.中国科学院轻型涡轮动力全国重点实验室，北京 100190
^3.中国科学院大学航空宇航学院，北京 100049
^4.济南先进动力研究所，济南 251401
^5.中国科学院分布式冷热电联供系统北京市重点实验室，北京 100190

收稿日期:2025-11-03 修回日期:2025-12-11 接受日期:2026-01-06 出版日期:2026-01-20 发布日期:2026-01-19
通讯作者: 赵庆军 E-mail:zhaoqingjun@iet.cn
基金资助:
国家自然科学基金联合基金(U2441278);国家自然科学基金重点项目(52236005)

Test on ice accretion and shedding of transonic fan blades in ice wind tunnel environment

Lizhi WANG¹^,², Wei ZHAO¹^,²^,³^,⁴, Qiangren XU¹^,², Kai ZHANG¹^,², Xiaorong XIANG¹^,²^,³^,⁴, Qingjun ZHAO¹^,²^,³^,⁴^,⁵()

^1.Institutes of Engineering Thermophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China
^2.National Key Laboratory of Science and Technology on Advanced Light-Duty Gas-Turbine，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China
^3.School of Aeronautics and Astronautics，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^4.Jinan Institute of Advanced Gas-Turbine，Jinan 251401，China
^5.Beijing Key Laboratory of Distributed Combined Cooling Heating and Power System，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China

Received:2025-11-03 Revised:2025-12-11 Accepted:2026-01-06 Online:2026-01-20 Published:2026-01-19
Contact: Qingjun ZHAO E-mail:zhaoqingjun@iet.cn
Supported by:
Joint Funds of the National Natural Science Foundation of China(U2441278);Major Program of National Natural Science Foundation of China(52236005)

摘要/Abstract

摘要：

为探索跨声速转子叶片在不同条件下的表面积冰和冰脱落特性规律，获得冰脱落位置和断面结构，以跨声速风扇转子叶片为研究对象，基于自然低温的冰风洞试验系统，在典型结冰条件下，开展转子叶片的积冰与脱落研究。结果表明：跨声速风扇转子叶片吸力面和压力面均有积冰生成，积冰脱落从叶片两面同时开始。随着来流温度降低，叶片表面的积冰冰形经历由明冰到混合冰再到霜冰的过程。冰脱落受叶片转速、升转速率和来流温度影响，不同条件下冰脱落所需要的时间和脱落程度均不同。来流温度不变的情况下，叶片积冰转速增高，脱冰转速单调递增，而脱冰时间单调递减，叶片压力面和吸力面脱冰量均随叶片转速增加而增大。随着升转速率增大，叶片表面的积冰脱落程度单调递增而积冰脱落时间单调递减。不同温度下脱冰，随着温度降低，积冰脱落程度减小，积冰从叶片表面脱落的时间增长。在一定范围内，基于试验数据所建立的脱冰转速预测模型能够较好地预测不同工况下的脱冰转速。

关键词: 冰风洞, 风扇叶片, 积冰, 冰脱落, 跨声速

Abstract:

To investigate the laws of surface ice accretion and ice shedding characteristics of transonic rotor blades under different conditions， and to obtain the ice shedding position and cross-sectional structure， study takes transonic fan rotor blades as the resea -rch object. Based on an ice wind tunnel system with natural low temperature，test studies on ice accretion and shedding of rotor blades were carried out under typical icing conditions. The results show that ice accretion occurs on both the suction surf-ace and pressure surface of the transonic fan rotor blades， and ice shedding starts simultaneously from both surfaces of the blades. As the ambient temperature decreases， the ice shape on the blade surface changes from glaze ice to mixed ice， and then to rime ice. Ice shedding is affected by blade rotational speed， rotational acceleration rate， and ambient temperature； the time required for ice shedding and the degree of ice shedding vary under different conditions. When the ambient temperature is constant， as the ice-accreting rotational speed of the blade increases， the ice-shedding rotational speed increases monotonically， while the ice-shedding time decreases monotonically. Meanwhile， the ice shedding amount on both the pressure surface and suction surface of the blade increases with the increase of blade rotational speed. When ice shedding is conducted by increasing the rotational acceleration rate， as the rotational acceleration rate increases， the degree of ice shedding on the blade surface increases monotonically， while the ice shedding time decreases monotonically. For ice shedding under different temperatures， as the temperature decreases， the degree of ice shedding decreases， and the time requirde for ice to shed from the blade surface is extended.Within a certain range， the prediction model for ice shedding rotational speed established based on test data canaccurately predict the ice shedding rotational speed under different operating conditions.

Key words: ice wind tunnel, fan blades, ice accretion, ice shedding, transonic

中图分类号:

V216.5

王立志, 赵巍, 徐强仁, 张锴, 项效镕, 赵庆军. 冰风洞环境下跨声速风扇叶片积冰脱落试验[J]. 航空学报, 2026, 47(11): 633026.

Lizhi WANG, Wei ZHAO, Qiangren XU, Kai ZHANG, Xiaorong XIANG, Qingjun ZHAO. Test on ice accretion and shedding of transonic fan blades in ice wind tunnel environment[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(11): 633026.

图/表 26

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

图 10

表1

试验条件参数及工况设定

序号	参数	设定值
1	来流速度 $V m$ /（m·s^-1）	14
2	液态水含量/（g·m^-3）	0.45
3	水滴粒径/μm	20
4	来流温度 $T$ /℃	-5，-8，-9，-10，-11，-14
5	叶片转速ω/（r·min^-1）	700， 1 200， 1 700
6	变升转速率脱冰/（r·min^-1）	100， 200， 300

表1

图 11

图 12

图 13

表2

不同转速下脱冰特征（T=-10 ℃）

转速ω/（r·min^-1）	吸力面剩余长度 $C 1$ /%	压力面脱冰量 $C 2$ /%	脱冰时间/s	脱冰转速N_shed/（r·min^-1）
700	68	4.3	408.0	1 381
1 200	63	12.8	340.8	1 768
1 700	56	33.7	318.0	2 230

表2

图 14

图 15

表3

不同升转速率脱冰特征（T=-8 ℃）

升转速率φ/（r·min^-1）	吸力面剩余长度 $C 1$ /%	压力面脱冰量 $C 2$ /%	脱冰时间/s	脱冰转速N_shed/（r·min^-1）
100	80	12.9	258	1 665
200	63	23.4	210	1 900
300	60	28.3	135	1 875

表3

图 16

图 17

表4

不同来流温度下脱冰特征（ω=1 200 r/min）

来流温度 $T$ /℃	吸力面剩余长度 $C 1$ /%	压力面脱冰量 $C 2$ /%	脱冰时间/s	脱冰转速N_shed/（r·min^-1）
-5	52	15.1	186	1 510
-11	57	12.7	249	1 615
-14	70	9.1	264	1 785

表4

图 18

表5

图 19

图 20

图 21

参考文献 12

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

系数	数值	系数	数值
a	0.826 4	d	0.000 8
b	0.502 3	e	0.012 5
c	-10.12	f	0.105 3

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