【摘要】：飛機結冰嚴重威脅飛行安全,由于結冰引起的安全事故屢見不鮮,為了保證飛行安全,大部分飛機均設計和安裝了結冰防護系統(tǒng)。電熱防冰系統(tǒng)憑借其可靠性高、重量輕、易于實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點,成為目前飛機上最常用的防冰技術之一。為了促進我國航空事業(yè)的發(fā)展,滿足國產(chǎn)飛機的結冰防護系統(tǒng)設計研制需求,開展電熱防冰系統(tǒng)性能分析方法研究,對于指導電熱防冰系統(tǒng)的優(yōu)化設計和取得飛機防護系統(tǒng)的適航認證具有重要意義。本文研究電熱組件工作時蒙皮表面的溫度和溢流水的分布特性,針對水滴運動和撞擊特性的數(shù)值模擬方法,分別介紹了二維拉格朗日和三維歐拉的水滴撞擊特性計算方法,本文采用歐拉法(Eluer),基于Fluent軟件開發(fā)UDF函數(shù),完成三維水滴撞擊特性的計算,為帶電熱防冰系統(tǒng)的蒙皮外部熱流計算提供輸入條件;采用邊界層積分法計算蒙皮外表面局部對流換熱系數(shù),并考慮結冰表面粗糙度的影響,通過對結冰表面粗糙度形成的原因進行分析,針對層流和湍流情況分別采用不同的對流換熱系數(shù)進行計算,提高結冰模型的計算精度;基于結冰外表面的熱流計算方法建立電熱系統(tǒng)工作時結冰表面的一維耦合傳熱模型,并將一維模型推導至二維模型,使用焓法簡化二維耦合傳熱模型,最終建立基于二維Messinger模型的耦合傳熱特性分析方法,采用本文建立的耦合傳熱分析方法,計算電熱防冰系統(tǒng)開啟時的表面溫度和溢流水的分布情況,并對表面熱流分布和加熱區(qū)外的結冰情況進行分析。
【圖文】：

僅僅使用冰核模型并不足以徹底解釋清飛機結冰原因。熱力學理論：水滴結冰不僅僅與環(huán)境溫度有關，它還受水滴曲率、冰核等因素影響穿過云層時，懸浮在空氣中的水滴撞在飛機表面。撞擊的瞬間，水滴破裂，曲率減增大。附著在飛機表面的極薄的水膜在極短的時間內(nèi)將來自相變的熱量帶走，這樣表面的水滴迅速結冰。結合冰核理論和熱力學理論可以很好的解釋過冷水滴在云層中不結冰，而撞擊在飛立刻結冰的原因。研究人員在此基礎上進一步發(fā)展了飛機結冰數(shù)值模擬方法，這為結冰及防護提供了新的平臺。.3 飛機結冰冰形研究人員在總結大量的試驗數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)飛機在不同氣象條件下飛行時，其表面上結千差萬別，這些冰形對飛機的飛行性能也有不同的影響，而探究冰形對氣動特性的評估飛行安全格外重要。一般而言，結冰的冰形主要有三類，分別是：明冰(Glaze Ic冰(Rime Ice)，霜冰(Mixed Ice)。如圖 1.1 所示，，該組冰形圖由 NASA[1]在結冰風洞結所得：

特點并且相輔相成。⑴飛行試驗：飛行器在設計和驗證階段，在實際氣象條件下進行飛行試驗，是驗證飛除冰系統(tǒng)設計性能及取得適航認證的必經(jīng)過程，是對防除冰系統(tǒng)性能檢測最有效的途行試驗可以有效的比較理論設計和實際工作時檢測到的數(shù)據(jù)的差別，方便進一步改良防系統(tǒng)，并為未來系統(tǒng)的設計提供數(shù)據(jù)支撐。飛行試驗有一些缺陷，如：實際飛行時很難遇到所期望的工況，且由于氣象條件的多變難較長時間維持特定工況，并為數(shù)據(jù)的測量帶來困難，難以獲取準確的數(shù)據(jù)。飛行試驗氣象條件多變或難以達到期望的工況而不得不中斷或推遲，需要消耗大量的時間與經(jīng)進行飛機結冰試飛時，因為結冰對飛行安全危害極大，甚至可能引發(fā)安全事故，對飛行求較高。⑵冰風洞試驗：在結冰風洞中模擬一定的氣象環(huán)境，研究飛機的結冰以及結冰對飛行響。冰風洞與傳統(tǒng)的風洞類似，不同的是需要使用諸如噴霧設備、制冷設備來模擬所需結冰氣象環(huán)境。與飛行試驗相比，它更容易達到并長時間維持一特定工況，有效降低試本和風險，測量精度較高，能得到相對可信的數(shù)據(jù)。圖 1.2 是一典型的閉式冰風洞結構圖：
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V244.15

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本文編號：2655770