直升机附件舱流场和温度场的数值仿真研究

建立了某型直升机发动机附件舱内流动和传热的数学模型,利用 k-ε二方程紊流模型模拟舱内流动,应用非结构化网格与网格自适应技术进行区域离散化,采用有限容积法对附件舱内的空气流场和温度场进行了三维数值仿真和分析,为附件舱冷却系统的改进和优化设计提供了依据。结果表明,附件舱冷却系统可以满足舱内冷却要求。     

直升机动力舱高温段流场及温度场的稳态模拟

利用有限体积法,建立了直升机发动机动力舱的有限元模型,并根据舱内实际冷却气体流通情况,分析了在不同的发动机附件散热量边界条件下,动力舱内流场及温度场的分布,以及流场对温度场的影响,为改善动力舱的冷却情况提供了分析依据。     

直升机动力舱通风冷却系统仿真

建立了某型直升机动力舱内三维空气流动与传热的物理和数学模型,并根据动力舱结构和舱内气体流动的特点,应用非结构化网格和网格自适应技术进行区域离散化,采用标准k-ε紊流模型和有限容积法对5种不同冷却系统设计方案的舱内三维空气流场和温度场进行了数值仿真,分析了冷却气流进出口大小、分布位置等对舱内流场和温度场的影响。计算结果表明,通风冷却系统进气口开在动力舱前部,出气口开在舱后部,有利于舱内冷却气流流动和换热,舱内气流存在涡旋运动,动力舱温度分布呈“前低后高”趋势。      

燃烧室壁冲击-逆向对流-气膜冷却特性的数值研究

采用FLUENT软件对冲击-逆向对流-气膜冷却结构进行了流固耦合计算, 得到了对流通道和气膜形成区流场、流体温度场以及固壁温度场分布, 分析了该冷却结构内部复杂的流动和换热情况.计算研究目的是摸索一种火焰筒壁温的计算方法, 以较好地获得火焰筒壁温分布.计算结果和试验结果进行了对比, 两者有较好的吻合性.分析表明采用流固耦合计算获取冲击-逆向对流-气膜冷却结构的壁温分布是可行的.      

直升机动力舱流场及温度场的模拟

应用非结构网格,建立了直升机发动机动力舱的有限元模型,并根据舱内实际冷却气体的流通情况,采用SIMPLE算法,求解了流动和传热的控制方程,模拟了动力舱内流场与温度场的分布,研究了流场、压力场及温度场之间的依变关系。在此基础上针对现有设计存在的问题,提出了动力舱冷却系统的改进方案,并对不同方案的改进效果进行了分析比较。      

民用飞机水废水系统防冰功能设计

民用飞机水废水系统的设备及管路布置位置从机身前部的前EE舱贯穿至机身后部的水废水舱,涉及舱段的温度分布变化较大,若不采取防冰措施,系统结冰会导致其功能丧失.采用模块化分析方法,对典型民用飞机水废水系统途经的不同区域的环境温度进行分析,确定水废水系统防冰区域,并给出确定加热器布置位置的原则;同时,针对不同需要防冰部件的特点,给出对应的防冰方式选用原则及典型加热器的防冰功率计算方法.本文采用的水废水系统防冰功能设计方法,可在民用飞机水废水系统研制之初、缺少全机温度场分布的情况下,为系统的防冰功能设计提供指导.     

三维数值模拟再生冷却喷管的换热

为了解液体火箭发动机喷管再生冷却的换热特点，采用数值模拟的方法，对内喷管燃气、壁面和冷却液建立不同的三维控制方程，进行流动和传热的耦合计算。在计算中，假定喷管流动为冻结流动，考虑燃气向壁面的对流换热和辐射换热；采用二阶迎风格式离散控制方程，采用DO模型离散求解辐射换热方程，水蒸气的吸收系数根据Leckner公式计算。计算模型采用缩比热试车发动机，数值计算结果与实验结果吻合较好，较准确地模拟出了喷管的壁面热流密度，得到了喷管燃气和冷却液的流场和温度场，对高压再生冷却喷管的设计具有指导意义。     

发动机短舱内外流场与结构温度场耦合计算

采用CFX软件,利用SST k-ω湍流模型,同时引入了辐射模型考虑热辐射的影响.采用CFX的共轭传热方法,在流体域求解N-S方程,固体域求解热传导方程,然后在流固耦合交界处交换数据,实现了流场与结构温度场的耦合数值分析.为了验证此方法的正确性,对文献中轴对称喷管进行了数值模拟,所得喷管壁温与试验数据吻合良好;另外进行了高超声速钝体流场与结构温度场的耦合计算,计算所得激波位置与试验结果一致,固壁非定常温度场分布与文献结果吻合.在此基础上,进行了航空发动机短舱内外流场与结构温度场耦合的数值研究,并得出了几个短舱外表面蒙皮冷却的可行性措施,为飞行器红外隐身设计提供参考.     

燃气轮机涡轮导向叶片涡流交错肋冷却技术研究

研究了燃气轮机涡轮涡流交错肋冷却导向叶片的冷却效果。采用由联立的连续方程、动量方程和能量方程构成的专用程序,计算了冷却系统流体动力和换热特性;采用通用的有限元计算方法计算了叶片温度场。通过对涡流交错肋通道的几何特性、流体阻力特性参数、叶片冷却系统的流体动力和换热、叶片温度场的计算,获得了气冷导向叶片的冷却效果。考虑到最大径向和周向不均匀度和+30℃裕度的情况,得到气冷叶片的中间截面平均降温为350℃,气冷叶片中截面的平均冷却效果为0.383。     

冷却剂不同流动方式对膨胀循环推力室再生冷却换热的影响

为了解液体火箭发动机膨胀循环推力室再生冷却换热特性,对某一参考发动机推力室和另外两种面积比的膨胀循环推力室建立三维计算模型,采用数值模拟的方法,考察冷却剂的温升、冷却通道压降以及推力室内壁面温度和热流密度的分布情况.重点比较了不同燃烧室圆柱段长度、冷却剂不同流动方式以及不同面积比对以上结果的影响.计算过程中采用二阶迎风格式离散控制方程.计算结果表明:采用逆流冷却时,通过加长推力室圆柱段长度使推力室受热面积增加70%后,冷却剂温升提高了一倍左右;对膨胀循环推力室进行再生冷却时,采用顺流冷却要比逆流冷却的冷却通道压降低,但同时冷却剂温升也较低,并且对喉部壁面的冷却效果较差.     

“人一舱”热力学数学模型

 本文将互相关联的人与座舱环境组成一个大系统,建立了人-舱动态热力学数学模型。模型所用数据系由实验所得,经验公式亦为实验所验证,因而模型具有较高的可靠性。 运用人-舱动态数学模型可以预测飞行员在各种飞行条件下的多种热生理指标,并进而合理确定或检验空调系统的冷却（或加温）能力及各种性能参数。     

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。     

大型飞机座舱温度控制系统控制律设计

大型飞机座舱温度控制系统具有温度控制非线性、强耦合、大迟滞性等特点,对控制律设计提出很高要求。根据系统设计要求,结合执行机构动作特性,提出了一种新型座舱温度控制律。系统控制方案采用压气机出口温度控制、组件出口温度控制、座舱供气温度控制和座舱区域温度控制四级控制;压气机出口温度目标值根据大气环境温度确定,座舱供气温度目标值根据座舱区域温度控制误差确定,组件出口温度目标值根据座舱供气温度目标值中的最小值确定;使用专家比例-积分-微分(PID)控制方法设计各级温度控制器,温度控制器的设计融入了解耦控制算法和系统保护控制逻辑,控制周期由各级温度控制响应特性确定。系统地面试验与飞行试验结果显示,该座舱温度控制系统响应速度快,抗干扰能力强,控制精度高,满足系统设计要求。     

飞机环控系统供气温度、流量和湿度对座舱热负荷的影响

 将歼击机前机身置于电辐射加温器内,当座舱盖温度达６０℃,飞机座舱驾驶杆周围温度稳定在４０℃时,座舱空气调节系统使用不同的供气温度、供气流量、含湿量进行通风降温,观察对座舱温度和人体温度参数的影响。供气温度与座舱三球温度指数（ＷＢＧＴ）和座舱平均舱温（Ｔｄｂ）呈正相关。供气流量３００ｋｇ／ｈ降温效果优于２５０ｋｇ／ｈ。供气温度与２０ｍｉｎ时的平均皮肤温度下降值（ΔＴｓｋ）呈负相关。供气温度高,人体出汗量高,人体热反应明显。ＷＢＧＴ３０℃,使用０℃供气温度在短时间内可使座舱温度和人体Ｔｓｋ降至工效区范围,多数指标可满足国家军用标准的要求。     

10 kW超高速永磁电机三维瞬态温度场计算

为了考察电机在装配螺旋槽水冷套时对转子的冷却效果,针对1台功率10 kW、额定转速90 000 r/min的超高速永磁电机,采用有限元方法对电机三维温度场进行了研究,考虑了定子铁损、定子铜损,转子铁损和转子风摩擦损耗的影响。结果表明:定转子小间隙内的空气对转子起到了类似“热密封”的作用,当转子损耗功率较大时,仅依靠螺旋槽水冷套并不能有效地冷却转子,还必需辅以定转子小间隙的强迫空气冷却,以进一步降低转子温度。研究结果为大功率高速永磁电机热设计提供了重要参考依据。     

Multi-parameter decoupling and slope tracking control strategy of a large-scale high altitude environment simulation test cabin

A large-scale high altitude environment simulation test cabin was developed to accurately control temperatures and pressures encountered at high altitudes. The system was developed to provide slope-tracking dynamic control of the temperature–pressure two-parameter and overcome the control difficulties inherent to a large inertia lag link with a complex control system which is composed of turbine refrigeration device, vacuum device and liquid nitrogen cooling device. The system includes multi-parameter decoupling of the cabin itself to avoid equipment damage of air refrigeration turbine caused by improper operation. Based on analysis of the dynamic characteristics and modeling for variations in temperature, pressure and rotation speed, an intelligent controller was implemented that includes decoupling and fuzzy arithmetic combined with an expert PID controller to control test parameters by decoupling and slope tracking control strategy. The control system employed centralized management in an open industrial ethernet architecture with an industrial computer at the core. The simulation and field debugging and running results show that this method can solve the problems of a poor anti-interference performance typical for a conventional PID and overshooting that can readily damage equipment. The steady-state characteristics meet the system requirements.     

螺桨飞机缩比座舱模型噪声传播的试验研究

本文使用Ｙ１２飞机的１／３缩比模型桨进行了螺桨地面噪声试验，使用圆柱型缩比座舱模型测量了舱内声压。试验中发现时间平均增强法是去除地面湍流影响的有效方法，利用舱内传声器阵可以测量舱内声场分布，经改进，使用户外螺桨模型噪声试验来作为螺桨噪声预测结果的验证手段是可行的。     

基于PMV-PPD的地面空调最佳送风速度

针对目前飞机地面空调恒速送风所造成的客舱热舒适性和节能效果不佳的问题,运用CFD技术建立了Boeing737飞机客舱的仿真模型,并通过实验室1∶1尺寸的Boeing737实验舱进行验证,证明所建立的CFD模型合理有效。在此模型基础上,模拟了飞机客舱内的风速场、温度场,根据采样点的风速和温度,分别得到不同送风速度下的客舱内热舒适性评价指标PMV和PPD,通过高斯拟合得到地面空调送风速度与PPD平均值之间的曲线关系,求解得到了满足热舒适性要求的地面空调最佳送风速度,从而实现地面空调的节能控制。     

飞机客舱烟气扩散数值仿真

通过建立五排客舱的几何模型及客舱烟气流动的数值仿真模型,采用RNG k-ε湍流模型对客舱内的湍流流动进行描述。基于Fluent对火灾阴燃阶段客舱内烟气浓度场和温度场进行三维数值模拟分析,预测了烟气浓度随时间变化规律。结合适航规章分析烟气中CO、CO2浓度对客舱空气品质及乘客健康安全的影响,给出火灾紧急措施建议,同时也为大型运输类飞机烟雾的适航审定符合性验证方法的研究提供基础。     

涡轮喷气发动机在高空台上的排气反压模拟试验技术

介绍涡轮喷气发动机在高空模拟试车台上的排气反压模拟试验技术，并详述了提高涡喷发动机高空模拟高度的若干措施。利用这些试验技术，已成功地进行了数百次涡喷发动机高空模拟试验。