隨著復合材料在飛機設計工程中用量的逐漸增大,復合材料部件的防冰問題受到關注。采用內嵌電加熱元件的復合材料電熱防冰結構是解決復合材料防冰的有效手段。防冰系統(tǒng)工作時,電加熱元件發(fā)熱會在復合材料中產生較大的溫度梯度,從而對各層材料的熱/力學特性產生影響。本文采用數(shù)值模擬與試驗相結合的方法,對復合材料防冰功能單元的熱/力學特性展開初步探究,主要內容包括:（1）簡要介紹了國內外飛機防冰技術和復合材料層合結構熱/力學特性的研究現(xiàn)狀,指出本文工作開展的必要性;（2）選取ARJ-21飛機前緣縫翼上一段作為功能單元計算模型,運用防冰熱載荷計算方法對其電加熱熱流密度展開了設計,為電熱層加熱元件結構的設計提供了依據;（3）基于數(shù)值模擬方法,對內嵌電加熱元件的復合材料電熱防冰結構展開了設計,使其滿足飛機強度設計要求。構建了復合材料電加熱平板結構,就電熱層金屬薄膜排布方式對結構溫度場和熱應力分布的影響進行了探究。結果表明:金屬薄膜間隙增大,防冰表面間隙對應區(qū)域溫度降低,電熱層間隙附近應力較遠離間隙處低。基于功能單元電加熱熱流密度設計結果,對復合材料防冰功能單元的溫度場和熱應力分布完成了數(shù)值模擬。結果表明:采用本... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

B787飛機材料用量分布

飛機結冰不但導致機身重量增加，不規(guī)則的冰層還會破壞整機氣動外形，造成穩(wěn)定性、操縱性等飛行品質的惡化，嚴重時將引發(fā)空難[1]。1994 年，美國的一架 ATR-72 商用飛機在飛抵芝加哥的航線上，因機翼結冰發(fā)生失事墜毀；2002 年，中國臺灣一架貨運飛機因機翼表面形成冰脊，失事墜于海上；2009 年，法國航空 AF447 號班機因速度傳感器結冰，飛行員獲知飛機真實速度失敗后發(fā)生了錯誤操作，造成機上 228 人全部喪生······眾多飛行事故表明，對飛機關鍵部件表面進行結冰防護不容小覷�，F(xiàn)役飛機上需要進行防/除冰的典型位置有：機翼、尾翼、螺旋槳、直升機旋翼、發(fā)動機進氣口、風擋玻璃等。作為機上的重要系統(tǒng)之一，根據所用能量方式的不同，飛機防冰系統(tǒng)可分為：機械除冰系統(tǒng)、液體防冰系統(tǒng)、熱氣防冰系統(tǒng)和電熱防/除冰系統(tǒng)。目前，后兩者在現(xiàn)役飛機上被廣泛采用[2]。近年來，隨著復合材料在飛機設計工程中用量的逐漸增大，復合材料部件的防冰問題日益成為防冰領域研究的重要分支。復合材料是由兩種或兩種以上性質各異的材料經過化學或物理手段處理形成的具有新性能的材料[3]。它既保留有原材料的主要特點，又在強度、剛度、耐蝕、壽命等方面獲得了經改善的性能。將復合材料應用于傳統(tǒng)的飛機研制過程，對改善整機性能大有裨益。目前，復合材料在許多大型飛機上的應用已初具規(guī)模[4]，波音 B787、空客 A350 機型對復合材料的使用量分別高達 50%和 52%。

復合材料防冰功能單元系統(tǒng)進行結冰防護。復合材料電熱防冰技術的發(fā)展適/全電模式發(fā)展的趨勢。復合材料電熱防冰結構的基本形式是將電加熱元合材料作為結構層，以使其工作時能承受更大的應力對蒙皮表面防護區(qū)域進行加熱，防止水滴凍結。圖 1熱防冰結構剖面圖。


本文編號：3458780