本文關(guān)鍵詞：飛機蒙皮溫度場及局部結(jié)冰過程數(shù)值仿真

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【摘要】：隨著高速飛機及紅外特性的發(fā)展需求,飛機蒙皮表面溫度場的計算越來越受到重視,通常的蒙皮表面溫度場的計算往往僅考慮外部氣動環(huán)境,這與實際蒙皮整體熱環(huán)境不太相符,因此需要建立合理的熱分析模型與計算方法對蒙皮的溫度場及影響因素進(jìn)行分析。此外,當(dāng)飛機表面溫度較低或者出現(xiàn)氣動冷卻時,在某些迎風(fēng)表面處可能會產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象,進(jìn)而危害飛行安全。因此在進(jìn)行飛機整體熱環(huán)境分析時,了解飛機蒙皮溫度場的影響機制,也是飛機結(jié)冰預(yù)測的前提條件之一。本文針對大型飛機的熱分析與防結(jié)冰技術(shù)的需求,通過將外部熱環(huán)境視為第三類浮動的熱邊界條件,實現(xiàn)內(nèi)、外熱環(huán)境耦合,并建立了防冰條件下部件表面流動換熱的計算模型,開展了結(jié)冰冰型的數(shù)值預(yù)測研究。通過熱分析研究,對影響蒙皮溫度場的機制特性進(jìn)行分析,獲得了太陽輻照、外部對流換熱、內(nèi)部熱源大小及布置方式影響的量化數(shù)據(jù);通過防結(jié)冰研究,對飛機機翼及發(fā)動機唇口的局部結(jié)冰現(xiàn)象進(jìn)行了預(yù)測分析�；诖�,本文圍繞該背景主要完成了以下工作:通過對大型復(fù)雜飛機表面溫度場耦合傳熱的機制分析,建立了結(jié)構(gòu)與流場耦合換熱的數(shù)理模型,將外部的氣動對流換熱視作浮動第三類熱邊界以實現(xiàn)流固耦合換熱的間接解耦計算,基于CFX平臺軟件完成外部熱環(huán)境計算,并結(jié)合Sinda/Fluint軟件平臺,采用熱網(wǎng)絡(luò)法聯(lián)合蒙特卡洛法,開展不同復(fù)雜熱邊界條件外耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)間的耦合傳熱研究。最后以某型飛機為例通過數(shù)值模擬對該方法驗證其可靠性與準(zhǔn)確性,并在此基礎(chǔ)上考察分析了影響內(nèi)外耦合換熱的各種綜合因素,包括太陽輻照、內(nèi)部熱源功率及設(shè)備結(jié)構(gòu)布置等對蒙皮表面溫度場的影響�；贑FX的Continuous/Particle流體模型求解水滴的運動方程,跟蹤水滴軌跡,編制程序提取相關(guān)軌跡信息,實現(xiàn)了水滴撞擊特性的拉格朗日法計算。并基于上述方法對二維翼型的局部水滴收集系數(shù)進(jìn)行算例驗證,然后在此基礎(chǔ)上完成對部件結(jié)冰的數(shù)值研究。由準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的熱、質(zhì)守恒關(guān)系建立了結(jié)冰部件表面的熱力學(xué)模型,通過編制相關(guān)程序?qū)崿F(xiàn)對提取的CFX流場結(jié)果進(jìn)行后處理得到預(yù)測冰型,并對典型翼型算例進(jìn)行可靠性驗證。最后,根據(jù)上述方法完成對翼型和發(fā)動機唇口結(jié)冰冰型預(yù)測,并對其結(jié)冰特性進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了不同來流溫度、飛行馬赫數(shù)、液態(tài)水含量對飛機表面局部結(jié)冰的影響。通過上述研究,為大型飛機的熱分析與防結(jié)冰技術(shù)的性能評估提供了有價值的參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：飛機 蒙皮溫度場 耦合換熱 熱邊界 結(jié)冰預(yù)測模型
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V321.229;V219
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題研究背景和意義11
• 1.2 飛機蒙皮溫度場的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 飛機結(jié)冰數(shù)值研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 飛機結(jié)冰簡介14-15
• 1.3.2 國外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.3 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀17-19
• 1.3.4 當(dāng)前結(jié)冰研究中存在的問題19
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 數(shù)理模型及計算方法21-47
• 2.1 飛機蒙皮熱狀況的物理形成機制21
• 2.2 溫度場分析的基本原理與算法21-23
• 2.3 蒙皮外部氣動熱分析的有限體積法23-27
• 2.3.1 外流場氣動熱的守恒方程及離散23-25
• 2.3.2 湍流對流模型25-27
• 2.4 內(nèi)外耦合熱分析的熱網(wǎng)絡(luò)法27-30
• 2.4.1 蒙皮耦合熱網(wǎng)絡(luò)方程的建立27-28
• 2.4.2 內(nèi)外耦合換熱的處理方法28-30
• 2.5 耦合熱分析建模30-33
• 2.5.1 氣動外形建模31
• 2.5.2 內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)建模31-32
• 2.5.3 機身及內(nèi)部熱網(wǎng)絡(luò)建模32-33
• 2.6 結(jié)冰預(yù)測數(shù)值模擬方法研究33
• 2.7 空氣-過冷水滴流場的計算方法33-35
• 2.8 表面水滴撞擊特性的計算方法的研究35-39
• 2.8.1 基本概念35-36
• 2.8.2 基于拉格朗日法建立的水滴運動方程36-38
• 2.8.3 局部水滴收集系數(shù)的計算方法38-39
• 2.9 部件表面結(jié)冰的熱力學(xué)模型及求解方法39-46
• 2.9.1 結(jié)冰表面的熱、質(zhì)輸運分析39-43
• 2.9.2 基于結(jié)冰預(yù)測的表面局部對流換熱系數(shù)的計算43-44
• 2.9.3 結(jié)冰模型求解方法及分析44-46
• 2.10 本章小結(jié)46-47
• 第3章 蒙皮溫度場分析47-66
• 3.1 蒙皮外部氣動熱計算47-52
• 3.1.1 外部氣動網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格無關(guān)性驗證47-49
• 3.1.2 邊界條件與遠(yuǎn)場、物性選取49-52
• 3.2 耦合熱分析邊界計算結(jié)果52-60
• 3.2.1 蒙皮絕熱溫度分布52-55
• 3.2.2 氣動對流換熱系數(shù)的提取與影響因素分析55-57
• 3.2.3 太陽輻射對蒙皮溫度場影響研究57-59
• 3.2.4 相關(guān)結(jié)論59-60
• 3.3 內(nèi)外耦合表面溫度場的計算60-62
• 3.4 內(nèi)部熱源功率對蒙皮表面溫度場的影響62-63
• 3.5 熱源結(jié)構(gòu)布置對蒙皮表面溫度場的影響63-65
• 3.6 本章小結(jié)65-66
• 第4章 部件表面結(jié)冰數(shù)值研究66-81
• 4.1 結(jié)冰數(shù)值計算方法的研究66-67
• 4.2 結(jié)冰模型及數(shù)值模擬方法的驗證及分析67-73
• 4.2.1 局部水滴收集系數(shù)計算方法驗證及影響因素分析67-70
• 4.2.2 結(jié)冰表面對流換熱系數(shù)處理方法驗證及分析70-71
• 4.2.3 冰型預(yù)測的驗證71-73
• 4.3 機翼表面結(jié)冰的計算研究73-76
• 4.3.1 不同來流溫度對機翼表面結(jié)冰的影響研究74-75
• 4.3.2 飛行馬赫數(shù)對機翼表面結(jié)冰的影響研究75-76
• 4.3.3 液態(tài)含水量對機翼表面結(jié)冰的影響研究76
• 4.4 發(fā)動機唇口結(jié)冰的計算研究76-80
• 4.4.1 不同來流溫度對唇口結(jié)冰冰型的影響研究78-79
• 4.4.2 飛行馬赫數(shù)對唇口結(jié)冰冰型的影響研究79
• 4.4.3 液態(tài)水含量對唇口結(jié)冰冰型的影響研究79-80
• 4.5 本章小結(jié)80-81
• 結(jié)論81-82
• 參考文獻(xiàn)82-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果87-89
• 致謝89

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9 姬朝s，

本文編號：747837