基于CFD技术的飞机风挡加温系统热载荷计算

热载荷计算是飞机风挡加温系统设计的基础。选取不同的飞行条件和结冰气象,基于CFD技术,通过外流场和水滴撞击特性计算得到了风挡外表面的压力分布、热流密度、对流换热系数以及局部水收集系数,最终确定了风挡防冰和防雾热载荷,并对仿真结果进行了瞬态校核。经验证表明,本文使用的计算方法合理,可以应用于工程设计。     

民用飞机风挡防冰性能评估

民用飞机适航条款要求在结冰条件下应确保风挡外表面不能结冰,防止影响飞行员视界。因此应确保结冰条件下风挡具有足够的加热功率使其外表面温度高于冰点。根据防冰传热传质机理,利用CFD和Matlab相结合的方法建立了三维风挡热性能分析模型,对某型民用飞机风挡防冰性能进行评估。具体包括防冰热载荷确定、表面温度评估和关键参数校核三部分,并给出了典型飞行工况下风挡防冰热性能评估算例。     

航空发动机旋转帽罩结冰表面换热系数研究

旋转帽罩表面的对流换热系数是结冰、防冰研究的重要参数,旋转帽罩结冰模拟中对流换热量和蒸发量都需要已知对流换热系数。为了获取旋转帽罩表面的对流换热系数,采用数值模拟对旋转帽罩结冰表面的对流换热系数进行了研究。首先验证了网格与计算方法的合理性和可靠性,在此基础上,对影响表面换热的因素进行了分析,计算了不同转速、来流速度、来流温度对锥角40°,锥高176mm的旋转帽罩表面换热系数的影响。结果表明:锥尖区域,来流速度的影响与转速影响相比占主导;除锥尖外的其他区域,转速对换热系数的影响占据了主导地位;来流温度对整个表面的换热系数均有影响。采用不同工况下的数值模拟结果,在锥尖区域建立了来流雷诺数与努赛尔数之间的关联式;在除锥尖外的其他区域建立了旋转雷诺数与努赛尔数之间的关联式。     

民用飞机翼面冰形的工程修正

翼面结冰是威胁飞行安全的重要因素之一。以数值模拟结冰为基础,进行了翼型结冰的工程修正方面的研究。运用结冰分析软件Sadrice,对不同状态下的不同翼型进行表面冰形数值模拟。结合结冰风洞试验结果,对影响冰形的参数进行了变参研究,得到了最有效的修正方法。对现有对流换热系数经验公式进行线性修正,使修正对流换热系数经验公式后的预测冰形和冰风洞试验结果之间能够较好地吻合,最终总结出了一套工程修正数值模拟冰形的方法。     

翼型表面粗糙度对结冰的影响分析

飞机的结冰表面出现微小的凹凸不平,即形成所谓的粗糙度,对飞机气动性能产生一定的影响。在考虑表面粗糙度时,针对对流换热系数的计算建立了热力学模型,同时对只有单个粗糙微元的表面进行了流场计算和表面对流换热效果分析;然后利用边界层积分方法,对某一翼型光滑表面和不同程度的粗糙表面分别进行了流场计算、对流换热系数计算以及结冰冰形的模拟仿真。结果表明：结冰表面粗糙度很大程度增强了表面的对流换热效果,导致在翼型前缘位置结冰厚度更大、冰角突出更为明显并且距离驻点区域更近。     

用红外热图技术进行升力体模型气动热特性试验研究

本文在介绍模型表面热流测量方法的基础上,重点介绍了红外热图技术测量的优点,并对红外测温原理、高超声速低密度风洞、红外热像仪、试验模型、数据处理方法等进行了叙述.在M∞＝16,P0＝1500kPa,T0＝923K,α＝0°、30°迎角的试验条件下,获得了半球圆柱模型、升力体模型表面对流换热系数分布,并把半球圆柱模型的红外测热结果与Lees分布结果进行了分析比较,结果表明当40°＜θ＜80°时,半球圆柱模型红外测热结果与Lees分布结果符合得比较好.最后对对流换热系数测量不确定度进行了初步分析.升力体模型对流换热系数测量不确定度大致为15%左右.     

基于适航标准的飞机风挡加温控制方式研究

民用飞机适航条款要求在预定运行的环境条件下风挡不应结冰或结雾,防止影响机组人员的视界。因此应确保在整个飞行过程中风挡具有足够的热量以使其外表面高于冰点,内表面不低于座舱露点温度。以适航条款为基础对风挡加温系统的设计要求进行阐述,分析影响系统设计的主要因素,包括加温方式的选择、 防冰热载荷的计算和加温控制规律的确定等;利用 LMS.AMESim 软件建立风挡瞬态传热模型,计算某型飞机风挡在不同控制规律下其表面温度和加热功率的变化。结果表明：全功率加温式控制方式下风挡升温速率快,,能将玻璃始终保持在一个较高温度,有利于系统的防冰除雾性能：占空比式加温控制方式可大幅降低对玻璃的热冲击,但由于其加热功率波动非常频繁,会对上游供电设备造成较大影响。     

风挡防冰热性能分析工程模型的建立和验证

为表明飞行条件和结冰条件所有组合下防冰能力是足够的,分析了风挡的设计需求和流场特性,建立了理论上保守的工程模型,确定了模型的关键系数;通过飞行试验数据修正了关键系数并验证了模型;该模型能够便捷地使用常用的编程语言甚至EXCEL内置函数实现对所有组合状态的性能分析,其结果能够支持适航取证及CFD计算状态筛选。     

风洞模型静弹性变形对气动力影响研究

介绍了一种基于模型变形视频测量系统和计算空气动力学研究静弹性变形对气动力影响的方法.利用模型变形视频测量系统获取模型在气动载荷作用下的静弹性变形,驱动模型表面网格运动,得到模型变形后的表面CFD计算网格.CFD计算变形前后网格外形下的气动力,研究模型变形对模型气动特性的影响.对一大展弦比连接机翼的测量与计算结果进行了分析,分析结果表明:模型变形对升力系数影响最大发生在升力线性变化的最大迎角附近,模型变形对阻力系数影响最大发生在失速迎角附近,模型静弹性变形对气动力的最大影响量远远超出风洞测力实验的精度指标,因此开展风洞模型静弹性变形影响研究与修正是十分必要的.     

Numerical Simulation of a Swept Wing Hot-air Anti-icing System

对后掠翼热气防冰系统的表面温度进行了数值仿真研究.用欧拉方法计算局部水收集系数,外部对流换热系数用附面层积分法计算,蒙皮导热和内部换热用计算流体力学(CFD)方法计算,用基于FLUENT的用户自定义函数(UDF)方法将外部换热、蒙皮导热和内部换热三者耦合求解,实现了热流边界条件的自动加载和温度的自动更新.通过对ARJ21-700机翼防冰系统性能的计算,说明所研究的计算方法能对三维后掠翼热气防冰系统作出总体性能的评估和局部性能的评价,为自然结冰条件下飞机的飞行试验提供依据,从而大大降低飞行试验风险.     

民用飞机平面风挡防冰热载荷分析研究

首先对飞机结冰的原因、危害以及风挡防冰的方法做了简单的概述,针对广泛应用的民用飞机平面风挡防冰热量耗散进行分析,阐述了每部分热量的用途以及计算方法,针对热载荷计算输入,确定了热载荷计算状态点的选取原则,并考虑了风挡玻璃加热时向内散热的热量。提出了一种风挡防冰热载荷的计算方法,计算结果与实际应用中的几类机型的风挡防冰加温...     

某型机风挡加温系统控制规律的数值模拟

风挡电加温系统的控制规律是系统设计的重要部分。采用有限容积法模拟某型机风挡加温系统的控制规律,计算飞行包线下的温度和电加热功率的瞬时变化情况,分析在不同的天气条件下温度和加热功率瞬态变化的差异,得到实际情况下系统的工作规律。结果表明:由于玻璃具有热惯性,系统加温达到稳定状态后,基本上在较低的功率水平工作;外表面和导热膜的温度受外界环境影响较大,内表面的温度在加热过程中总体呈现增加趋势;设计时控制规律还可不断优化,以使系统具有更好的加热效率。该研究结果可为风挡加温系统的设计提供参考。     

基于等 Weber 数的结冰外形修正

由于设备条件的限制,在进行结冰风洞试验时,试验 Weber 数与目标 Weber 数往往存在差异,为了获得与目标 Weber 数对应的冰形,需要对试验结果进行修正。本文分析了进行 Weber 数修正的原因,提出了根据几何特征量进行结冰外形修正的方法,并以某超临界翼型为对象,对不同 Weber 条件下的结冰外形进行了仿真,研究了Weber 数变化对结冰的影响规律,在此基础上开展了基于等 Weber 数的结冰外形修正。研究发现：(1)Weber 数主要影响冰角特征,对水滴收集特性、结冰极限及驻点冰厚度影响较小;(2)存在一个敏感 Weber 数,低于敏感值时, Weber 数变化对结冰影响不大,当 Weber 数高于敏感值时,Weber 数变化对结冰有明显影响;(3)采用本文提出的冰形修正方法,能保证冰形的宏观轮廓与目标冰形一致,修正后的冰形能适量消除由于 Weber 数误差导致的冰形差异,提高试验的精度。     

某型飞机天线罩防冰装置的性能验证

通过对某型飞机天线罩电热防冰装置的性能验证研究,找到了一种适用于飞机各类防冰装置预设计和对已有防冰装置验证的方法。该方法验证的天线罩防冰装置已经经历了飞行的考验。     

飞机风挡防冰热载荷计算

对飞机结冰的原因、危害以及飞机风挡的防冰方法作了简要的概述;对风挡防冰热载荷的计算方法及计算结果进行了较为详细的讨论,提出了一种风挡防冰热载荷的计算方法。计算结果与国外现公布的数据相比,吻合性较好,误差在±5%之内,可用于工程设计。     

航空发动机进气支板电热防冰试验

为了研究电加热防冰的效果,开展了小型航空发动机进气支板的电加热防冰试验。结合该型号发动机进气支板的结构特点,设计了3种电热防冰加热布置方式,分别在支板沿轴向的不同位置采用1~3个电加热棒作为防冰热源。通过模拟不同的发动机进气结冰环境参数和电加热功率,在冰风洞中对3种电加热方式进行了防冰试验研究。通过布置在支板外表面的温度测点记录了防冰过程中支板表面的瞬态温度变化,分析了支板防冰过程中表面温度的变化特点。防冰试验研究了热源总功率、热源布置方式、液态水含量以及来流温度对支板防冰性能的影响。试验结果表明,合理的电加热方式可以取得较好的防冰效果,同时避免支板后部的溢流水结冰。     

民用飞机RAT发电机自然结冰环境飞行试验研究

为了检验某型飞机RAT发电机在自然结冰环境下能否正常释放和供电,对该RAT发电机自然结冰试飞进行研究。首先,阐述RAT发电机进行自然结冰试飞的原因、目的以及民用航空标准对自然结冰环境的要求;其次,介绍RAT发电机自然结冰的试飞方法;最后,对试飞结果进行分析。结果表明:RAT发电机自然结冰环境条件满足适航规章要求,能够在可预期的自然结冰环境下实现手动释放功能且供电功能正常。     

座舱盖疲劳试验温度控制技术研究

针对某型歼击机座舱盖加温加载疲劳试验要求,应用计算传热原理建立座舱盖及风挡对流加热/冷却试验系统传热方程。本文概述了试验模拟系统温度场均匀性设计以及温度控制方案等关键技术。