飛行時(shí)機(jī)艙氣壓的急劇變化會(huì)導(dǎo)致中耳氣壓傷,為減輕其傷害,提出一種仿咽鼓管的耳部壓力平衡調(diào)節(jié)技術(shù),并據(jù)此設(shè)計(jì)飛行耳塞:設(shè)計(jì)仿咽鼓管通道的耳塞管道;利用上下浮動(dòng)的球閥模仿咽鼓管自啟閉功能。設(shè)定鼓膜外側(cè)氣壓和氣速的變化作為評(píng)價(jià)耳塞效果的指標(biāo),運(yùn)用軟件對(duì)飛機(jī)起降時(shí)氣壓和氣速的變化進(jìn)行數(shù)值模擬,并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)3D打印的耳塞模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察上述變化。仿真和實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證了耳塞中的球閥對(duì)氣壓的調(diào)節(jié)和對(duì)氣速的限制上的重要性,以及耳塞模仿咽鼓管設(shè)計(jì)的正確性。 

【文章來源】：液壓與氣動(dòng). 2019,(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

鼓膜兩側(cè)氣體流動(dòng)的理想模型1．外耳道2．鼓膜3．咽鼓管道

重而處于耳塞管的下方，堵住與外界的通道，營造常態(tài)下咽鼓管閉合的狀態(tài);當(dāng)氣流突變時(shí)，球閥在管內(nèi)上下浮動(dòng)，營造非常態(tài)下咽鼓管開放的狀態(tài)。球閥的存在不僅增大了氣流的阻力損失，其上下浮動(dòng)使截流面積不斷發(fā)生變化，速度差也得到提高。圖2飛行耳塞示意圖以飛機(jī)降落過程為例。飛機(jī)降落時(shí)，機(jī)艙氣壓逐漸增大，而鼓膜兩側(cè)氣體的增壓速率較低，因此氣體會(huì)在機(jī)艙對(duì)鼓膜內(nèi)外側(cè)的正壓力梯度作用下，從機(jī)艙經(jīng)外耳道向鼓膜外側(cè)，以及從機(jī)艙經(jīng)咽鼓管道向鼓膜內(nèi)側(cè)流動(dòng)。流動(dòng)過程中，固體球閥的受力分析圖如圖3所示。氣流在機(jī)艙對(duì)鼓膜外側(cè)的正壓力梯度作用下將固體球閥托起，此時(shí)固體球閥除了受自身的重力作用G外，還受到由于機(jī)艙與鼓膜外側(cè)的氣壓差導(dǎo)致的迎面壓差阻力F1，以及來自氣流的浮力F2，其中，固體球閥自身的重力G為:G=ρb·Vb·g(3)圖3固體球閥受力分析圖迎面壓差阻力F1為:F1=Δp·A(4)浮力F2為:F2=ρ0·Vb·g(5)式中，ρb———球閥的密度ρ0———空氣的密度Vb———球閥的體積Δp———球閥上下兩端的氣壓差A(yù)———球閥的迎流面積621?????????????????????????????????????????????????

的氣壓不會(huì)繼續(xù)增大，從而減小了耳鼓膜兩側(cè)的氣壓差，避免中耳氣壓傷的發(fā)生，如圖4c所示。1．3其他設(shè)計(jì)機(jī)艙內(nèi)的低頻噪音強(qiáng)度較大，持續(xù)時(shí)間較長，為了減輕其對(duì)人體的影響，利用空氣經(jīng)過小孔后在球閥內(nèi)部碰撞和摩擦，將一部分的聲能轉(zhuǎn)化為熱能，使噪音減弱的原理［10］，對(duì)球閥進(jìn)行開孔處理。由于球閥開孔后，氣體經(jīng)過球閥時(shí)除了可以從球閥與耳塞管內(nèi)壁的間隙通過外，只能從球閥上的小孔通過，一方面使氣體通過的阻力損失增大，有助于鼓膜兩側(cè)氣壓的調(diào)節(jié)，另一方面則減小耳塞對(duì)正常聽聲的影響，如圖5所示。2飛行耳塞數(shù)值模擬設(shè)置普通直管和仿咽鼓管作為對(duì)照組，固體球閥管與開孔球閥管作為實(shí)驗(yàn)組，各模型的主要參數(shù)大致如圖6所示。由于Fluent上的模擬是對(duì)流體通道進(jìn)行模擬，因此在UG上所建立的三維模型均為不同管道耳塞的流體通道模型，如圖7所示。類似地對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)定［11］。將建立的三維模型導(dǎo)入GAMBIT軟件中，針對(duì)飛機(jī)起飛和降落兩種不同過程的模擬，模型邊界設(shè)定如表1所示，此外，設(shè)置通過模型的實(shí)體為FLUID。采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格(TGrid)劃分，易于計(jì)算和控制，選定劃分網(wǎng)格的Intervalsize值，完成劃分。圖5固體球閥與開孔球閥的比較圖6固體球閥管耳塞主要參數(shù)圖圖74種不同管道耳塞的流體通道模型將劃分好的網(wǎng)格存儲(chǔ)為Mesh文件輸出，導(dǎo)入到Fluent軟件中，將模型的單位調(diào)整為毫米，并進(jìn)行網(wǎng)格質(zhì)量檢查;求解器默認(rèn)為基于壓力法的求解器(Pressure-Based)，解決以絕對(duì)速度(Absolute)處理的穩(wěn)態(tài)(Steady)問題;選擇標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型，對(duì)模型的參數(shù)和邊界條件以及壓力出口邊界的回流條件?


本文編號(hào)：3335116