【摘要】：電加熱除冰系統(tǒng)是目前使用最為廣泛的飛機(jī)結(jié)冰防護(hù)系統(tǒng),但傳統(tǒng)電加熱系統(tǒng)的電熱元件為金屬材料彎曲度有限,因此存在加熱不均和易斷裂等缺陷。本文主要的研究?jī)?nèi)容為基于石墨烯加熱薄膜的電加熱除冰系統(tǒng),旨在探究石墨烯應(yīng)用在飛機(jī)防除冰系統(tǒng)中時(shí)的性能,期望改進(jìn)電加熱除冰系統(tǒng)的性能。本文主要從數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)手段兩個(gè)方面研究石墨烯電加熱除冰系統(tǒng)的工作特性,主要內(nèi)容分為以下幾個(gè)部分:(1)根據(jù)石墨烯資料分析得出適合在實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯微片的方法,對(duì)制備得到的樣品進(jìn)行表征,利用石墨烯微片制備石墨烯電加熱膜并在常溫下對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試,根據(jù)除冰實(shí)驗(yàn)所需條件改進(jìn)電加熱膜性能并制備相應(yīng)尺寸的石墨烯電加熱膜。(2)研究石墨烯電加熱除冰系統(tǒng)的除冰特性,為此建立了石墨烯電加熱系統(tǒng)的模型,采用固液相變理論和有限容積法系統(tǒng)地分析了飛機(jī)的電熱除冰過(guò)程,著重于為后期結(jié)冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)提供加熱功率設(shè)置的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。(3)將石墨烯電加熱除冰系統(tǒng)與傳統(tǒng)電加熱除冰系統(tǒng)同時(shí)置于結(jié)冰風(fēng)洞中進(jìn)行除冰實(shí)驗(yàn),分別觀測(cè)二者在相同結(jié)冰條件下的除冰工作情況,通過(guò)在結(jié)冰風(fēng)洞中的實(shí)驗(yàn)對(duì)石墨烯電加熱系統(tǒng)的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。(4)針對(duì)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)電加熱除冰系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,主要包括功率分布優(yōu)化、加熱模式優(yōu)化及周期性加熱冷卻時(shí)間的優(yōu)化。
【圖文】：

相同的結(jié)冰氣象條件下電加熱系統(tǒng)因此比熱氣系統(tǒng)節(jié)省 33%的能耗即可達(dá)到(2)電加熱除冰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單，且因分區(qū)設(shè)置了加熱墊其維護(hù)化；(3)由于電能轉(zhuǎn)換成熱能的效率更高所以飛機(jī)結(jié)冰防護(hù)所需能耗更低，此少了引氣造成的噪音污染。熱除冰系統(tǒng)除冰系統(tǒng)由電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、熱源系統(tǒng)三大部分組成。電源系統(tǒng)主要作般由電源及電線構(gòu)成；控制系統(tǒng)主要作用是溫度控制，，主要有溫度檢測(cè)、氣等；熱源系統(tǒng)的主要作用是產(chǎn)生熱量，主要加熱元件及各熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)[9]。如圖除冰系統(tǒng)示意圖，系統(tǒng)主要由加熱元件(1)（可采用金屬類(lèi)電阻絲及導(dǎo)電薄膜(2、3)、轉(zhuǎn)換器(4)、選擇開(kāi)關(guān)(5)及電源等部分構(gòu)成。其中，過(guò)熱保護(hù)裝置的度加熱燒壞零部件：表面溫度過(guò)高時(shí)，溫度傳感頭將信號(hào)傳給轉(zhuǎn)換器，接通熱電路。選擇開(kāi)關(guān)有“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩檔，當(dāng)選擇“自動(dòng)”模式時(shí)，電被自動(dòng)化程序控制從而間歇性的接通電源進(jìn)行加熱除冰。轉(zhuǎn)換器(4)可以選擇置，并且對(duì)各個(gè)加熱區(qū)域的通斷電時(shí)間進(jìn)行調(diào)控。

石墨烯電加熱除冰系統(tǒng)研究層與外表面之間的粘附力由于冰層底部的融化而減小時(shí)，氣動(dòng)力/離心力將冰除去。電熱除冰的最優(yōu)模式為在除冰初期采用持續(xù)性，工作一段時(shí)式相。在機(jī)翼的防除冰區(qū)域設(shè)置上，電熱除冰系統(tǒng)通常在其水滴撞擊最防護(hù)，如圖 1.2 所示，將結(jié)冰防護(hù)表面按照機(jī)翼的展向和弦向劃分成若加熱的“熱刀”，每個(gè)區(qū)域可以根據(jù)結(jié)冰情況通過(guò)控制系統(tǒng)采用合適的加冰，這樣一來(lái)相較于整體加熱系統(tǒng)所耗的能量更少，也更容易對(duì)外表面耳效應(yīng)發(fā)熱的金屬加熱元件若面積較大則中心處易產(chǎn)生熱點(diǎn)，而分區(qū)加現(xiàn)象的產(chǎn)生，又有利于局部溫度控制的實(shí)現(xiàn)。通常來(lái)說(shuō)，根據(jù)除冰熱載冰區(qū)域可減少所需加熱功率，不過(guò)分區(qū)數(shù)量不宜盲目增加，因?yàn)槊吭黾訉?duì)飛機(jī)的負(fù)重有影響，同時(shí)分區(qū)越多控制系統(tǒng)就越復(fù)雜不易維護(hù)和修理分布設(shè)置和周期性通斷電源問(wèn)題較為復(fù)雜，需通過(guò)計(jì)算分析和反復(fù)測(cè)試
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V244.15

【參考文獻(xiàn)】

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1 馬輝;張大林;孟繁鑫;陳維建;;復(fù)合材料部件電加熱防冰性能試驗(yàn)[J];航空學(xué)報(bào);2013年08期

2 陳金瓶;張大林;;翼型表面換熱特性的試驗(yàn)研究[J];江蘇航空;2012年S1期

3 易賢;桂業(yè)偉;朱國(guó)林;杜雁霞;;運(yùn)輸機(jī)翼型結(jié)冰的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2011年04期

4 肖春華;桂業(yè)偉;杜雁霞;李軍;;電熱除冰傳熱特性的結(jié)冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)流體力學(xué);2010年04期

5 于黎明;全電飛機(jī)的技術(shù)改進(jìn)及其發(fā)展?fàn)顩r[J];飛機(jī)設(shè)計(jì);1999年03期

6 徐國(guó)躍,謝國(guó)治,肖軍,馬立新;飛機(jī)電熱防冰用BaTiO_3熱敏陶瓷力學(xué)性能的改進(jìn)[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);1999年01期

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2 王梓旭;關(guān)于飛機(jī)結(jié)冰的水滴撞擊特性計(jì)算與結(jié)冰相似準(zhǔn)則研究[D];中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心;2008年

3 蔣天俊;結(jié)冰對(duì)飛機(jī)飛行性能影響的研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2679942