没想到结冰竟对飞机飞行影响这么大！北国风光，千里冰封，万里雪飘。毛主席的诗句下冰雪的世界是如此的广袤、壮丽，但你可曾了解，冰封下的“银装素裹”却是飞行挥之不去的梦魇。
飞行首要的是“安全”，而结冰会带来重大的飞行安全隐患。结冰造成的事故约占总事故的12%，其中60%发生在飞机巡航及进场时。2004年11月21日，包头一架CRJ200在起飞后不久发生结冰，造成坠机事故，导致机上53人、地面2人死亡；2006年6月3日，安徽芜湖一架运-8飞机由于结冰坠毁，造成5名机组成员和35名顶尖雷达专家牺牲；2018年1月，贵州一架运8飞机由于平尾结冰失事，12名机组成员牺牲。
关于飞机结冰的研究可以追溯到上个世纪初期，在20世纪30年代，人们发明了最初的飞机除冰装置。在1948年，Preston和Blackman完成了首次飞机结冰试验，结果表明结冰使飞行阻力增加了81%，飞行员感觉整个飞机都要失控了。随着新的飞机设计需求以及新性能的要求，飞机结冰适航只会变得更加严格。
飞机结冰会导致升力面的流线体外形变为非流线体外形，从而引发漩涡分离。在机翼前缘的冰将显著影响原本的气动性能，造成升力的大幅降低、阻力的大幅增加以及力矩的非线性变化。结冰还特别影响飞机的失速特性，带冰后飞机的失速攻角提前，最大升力系数也出现较大损失，这使得飞行的红线被大大拉低了。
为了实现快速、准确地预测飞机结冰后气动特性。课题组研究了结冰分离的剪切层失稳和湍流的非平衡特性机理，发展了新型的RANS模型SPF和SPF，使得翼型带冰最大升力系数预测误差降低到3%以内。该模型已被应用于我国大型客机容冰性能研究，其气动特性预测结果与风洞试验结果吻合良好。
NASA的飞机防冰规划主要有三个方面：一是避免飞机结冰，二是研制耐结冰的飞机，三是了解飞机结冰的大气状态。对于研制耐结冰的飞机，设计单位通常从机翼的防冰与除冰方向来做考量，在翼型设计过程中未考虑其带冰后的气动特性。
机翼的结冰具有高度的不确定性，大气环境的不可预见性以及飞行状态的多样性都使得容冰设计必须要面对鲁棒性问题，在容冰设计点的选取方面应尽量贴近适航要求的临界工况或进行不确定性分析。通过容冰优化设计与风洞试验验证，大型客机容冰机翼在巡航阻力仅增加不到1%的代价下，获得了带冰最大升力系数8.8%的提高，最大升力系数对应失速攻角推迟了4°的性能提升。
飞机在富含过冷水滴的环境中飞行会可能会发生结冰，使得流线外形被彻底破坏，诱发流动分离，进而导致升力下降，阻力增加，操稳特性急剧恶化，失速攻角大幅降低，严重的则造成机毁人亡。介绍了飞机结冰的机理，以及自主开发的面向三维复杂构型结冰的AERO-ICE软件。传统的RANS模型由于未充分计入湍流非平衡效应的影响，使得其计算带冰后翼型气动特性的误差很大，而改进的SPF模型能够准确地模拟。
提出了机翼容冰优化设计的气动新概念，并在大型客机超临界机翼和无人机机翼中开展了预研工作。
本文介绍的湍流模型、结冰计算软件以及容冰优化体系在飞机型号设计中得到了检验，具有较高的工程应用价值。