过冷大水滴,区别于传统认知的附录C范围,属于极端危险的飞行环境。过冷大水滴结冰适航安全,存在着复杂的动力学、热力学及气动力影响特征,其内在机制和基础理论都有待进一步完善。本文以粒径尺度为切入点,从机理和适航性两个层面上,逐一解读过冷大水滴结冰的特异性。在结冰基础理论方面,本文以“过冷大水滴撞击结冰实验”为第一视角,真实再现了过冷大水滴在高速撞击壁面过程中快速结冰的现象,体现了其撞击过程与传热相变的高度耦合性,并结合理论分析,将产生快速结冰现象的原因归结为粒径增大对过冷量扩散效率Bi和有效换热时间Fo的提升。参考“撞击结冰机理实验”的数据,本文在传统的冰形模拟算法中引入了半经验的过冷大水滴碰撞传热模型,用于水滴高速撞击过程中的非稳态强对流换热量估算,研究表明,碰撞传热模型的引入有效地提高了过冷大水滴条件下的结冰模拟能力。增加了翼型前缘,尤其是驻点上下两侧的快速结冰量,从而使得结冰翼型的角冰形态更为明显。在结冰适航性方面,本文以SJTUICE结冰-气动计算程序为技术手段,重点对比了带控制面、襟缝翼的复杂翼型在“角冰”和“脊冰”(静态),“过冷大水滴”和“非过冷大水滴”环境(动态)下的气动力损失特征,以此来满足121修正案强调的“基于飞行状态”的结冰分析需求。带控制面结冰翼型的研究结果表明,控制面对升力系数的改变效率,同时取决于冰角对基础翼型的影响程度以及控制面与涡流的相对位置。多段翼动态结冰的研究结果则表现为,由于缝道的二次加速对局部收集率特性和撞击传热效应的影响,襟翼前缘位置在大粒径和常规粒径条件下存在明显的差异性。从气动角度分析,缝翼上表面附面层的增厚,襟翼前缘的提前分离,以及尾迹中的涡运动都对其气动性能产生了不利的影响。在相同的时间尺度上,过冷大水滴环境下的结冰后气动力损失率要远远快于常规粒径水滴。本文将结冰-气动计算方法应用于某飞机翼型的结冰后气动分析,并比较了特定位置的截面翼型的气动性能损失率,指出了飞机在遭遇过冷大水滴环境时可能遭遇的潜在危险。本研究的创新点在于以过冷大水滴结冰为纽带,建立了适用于大跨度粒径范围的非稳态撞击传热基础理论,并将其有机地与结冰适航衔接起来,提出了基于复杂构型的过冷大水滴持续结冰及气动力预测方法,从气动力学的角度解读了过冷大水滴的特异性与危害性,为未来即将面临的大型飞机过冷大水滴结冰适航,民用航空适航安全等级升级奠定了坚实的基础。