机翼积冰数值模拟

采用计算流体力学（CFD）方法对三段翼和MS-317后掠翼进行了积冰数值模拟研究,基于欧拉两相流理论,应用分区算法,对空气流场和水滴流场进行了数值求解,得到水滴收集率.求解3-D积冰模型得到积冰量.将MS-317的冰形计算结果与实验数据以及软件LEWICE3D的计算结果进行了对比.结果显示:三维积冰模型具有较好的精度,虽然预测的冰形与实验数据有一些差异,最大厚度方面,误差在13.1%以内,但是积冰的类型与体积和实验数据基本一致.      

逆向建模驱动的飞机场站积冰检测

积冰检测是清除飞机地面运行时结冰的先决条件。针对现行人工积冰检测效率低、差错风险高的问题,提出一种基于逆向建模的积冰区域识别及最大积冰厚度确定方法。首先根据飞机外形特征和测量设备特点设计飞机外形3D数据采集方案;然后利用大场景激光扫描设备分别对洁净外形的飞机与存在积冰的飞机外形进行逆向重建,最后将重建的两类点云数据进行匹配和对比,从而利用匹配误差识别出积冰区域并计算积冰区域的最大积冰厚度。TB-200飞机的结冰区域识别实验表明,该方法能够准确识别积冰区域并确定积冰区域的最大厚度,为自动化、智能化的飞机场站除冰奠定了技术基础。     

迎风面三维积冰过程中水膜流动的计算方法

对影响迎风面三维积冰过程的冰层表面水膜流动进行分析,建立描述其流动的数学模型,引入在流动前锋下游预设薄水膜的方法处理其在表面干区的流动推进过程,提出超过临界厚度的水膜被吹除的方法处理角状冰下游局部水膜被吹离表面的现象.通过对翼型-平板结构中翼型上的冰形对比和水膜流动规律分析,验证了该水膜流动数学模型的合理性和计算方法的可行性.研究表明:与Messinger模型相比,积冰模型中引入水膜流动后,可以较好地模拟三维明冰积冰,同时明冰极限的模拟结果也更接近试验值;冰层表面的水膜厚度约为10-5m,流动速度约为10-2m/s.      

模拟飞机迎风面三维积冰的数学模型

针对飞机迎风面的积冰建立了三维积冰模型,给出了模型的求解方法和求解步骤.该模型不但可以模拟明冰积冰、霜冰积冰和不结冰三种情况下的冰层生长,还可以模拟未凝结水膜在冰层表面的流动,而且在求解过程中可以自动判断过冷水滴撞击到迎风面以后的积冰形态.利用该模型数值模拟了翼型与平板相正交而形成的简单三维结构上的积冰过程,并将所得结果中翼型上三维冰形的二维截面与美国航空航天局(NASA)的冰形进行了对比,获得了较好的一致性,证实了所建立的积冰模型是合理的.      

飞机机翼表面霜冰的三维数值模拟

基于欧拉两相流理论对三维情况下飞机机翼表面的霜冰进行了数值模拟.根据水滴拟流体模型建立三维水滴控制方程;提出一套水滴控制方程的数值求解方法;由三维水滴流场的求解结果计算机翼表面的水滴收集特性,提出一种三维积冰外形的生成方法,完成了对飞机机翼表面霜冰的三维数值模拟.对ONERA M6机翼在不同迎角下霜冰的积冰情况进行了数值预测,并分析了结冰条件对积冰的影响.      

带整体式粒子分离器的涡轴发动机进口支板的三维积冰数值研究

整体式粒子分离器对涡轴发动机的气动乃至积冰都会有影响。为了获得涡轴发动机进口支板的积冰特性,以包含整体式粒子分离器的涡轴发动机进气机匣为模型,选取间断最大结冰条件,采用欧拉-欧拉法模拟了进气机匣内的空气-过冷水滴两相流场,并计算了支板表面的水滴撞击特性,再应用考虑水膜流动和蒸发的三维积冰模型对支板表面的积冰进行了模拟。计算结果表明,机匣进口的水滴有99.4%进入了扫气流道,而且结冰参数在支板前缘上游呈现出明显的周向不均匀性。对于主流道下游的4片支板,仅距离蜗壳起始位置最近的支板前缘局部受到显著的水滴撞击,最大水收集系数达到3.8,当积冰总时间为74s时,该支板表面最大积冰厚度约8mm,其余3片支板表面几乎没有水滴撞击和积冰现象。本文的研究结果可为考虑整体式粒子分离器影响的涡轴发动机进口支板的防冰设计提供依据。     

过冷水滴撞击三维机翼的数值模拟

基于欧拉两相流理论,提出一种数值模拟过冷水滴撞击三维机翼的方法.根据水滴拟流体模型建立三维水滴控制方程;提出一种可穿透型壁面边界模拟水滴对机翼表面的撞击;由水滴流场的求解结果得到机翼表面的水滴收集特性.对ONERA M6机翼表面的水滴收集特性进行了研究,计算结果表明所提出的数值模拟方法是有效、可行的,可以为三维积冰的数值模拟研究奠定良好的基础.      

离心力对于旋转叶片表面积冰影响的数值模拟研究

为了加深对旋转叶片表面积冰现象的认识,发展了一种适用于旋转表面积冰预测的数学模型,并采用该模型研究了离心力对于旋转叶片表面积冰的影响。通过对积冰控制体内的由于撞击水滴形成的薄水膜流动的质量、动量和能量守恒进行分析,发展了旋转贴体非正交曲线坐标系下的积冰模型并给出了相应的计算方法。所发展模型的动量方程中考虑了离心力对水膜流动的影响,并且在能量方程中考虑了净流出水带走的能量。采用文献中旋翼表面的积冰试验结果对所发展的模型和计算方法进行了验证,所计算得到的冰厚与试验结果吻合较好,计算得到的冰厚精度相比于LWICE软件有所提高。计算结果还表明,离心力增大会导致水膜速度在叶片展向上的分量变大,致使流出控制体的水质量增加,最终导致冰厚在驻点附近略微变小。     

考虑水膜蒸发的三维明冰积冰数值研究

明冰积冰过程中冰层表面会覆盖一层薄水膜,水膜在冰层表面流动和传热,水膜蒸发会引起质量和能量传递,对积冰相变产生影响。为了研究水膜蒸发对积冰的影响,在已有三维积冰模型的基础上,考虑了明冰积冰过程中水膜的蒸发,建立了考虑水膜蒸发的三维积冰数学模型,并开发了相应的积冰计算程序。选取NASA提供的典型算例,模拟了明冰积冰条件下NACA0012翼型的积冰过程,并将计算结果与NASA试验和数值结果进行对比。结果表明水膜的平均蒸发量为1.5g/(m~2·s),蒸发吸收的热量占总传热的35%。与不考虑水膜蒸发的计算结果相比,本文得到的积冰量和冰形都与试验结果具有更好的一致性,说明三维明冰计算中考虑水膜蒸发是有必要和合理的。     

三维荧光油流技术的试验研究

荧光油流摩擦力场测量技术可以得到模型表面的全局摩擦力信息。该技术基于传统荧光油流技术发展而来,运用荧光油流技术作为原始数据获取手段,对试验图像运用HS光学流动算法进行图像处理得到模型表面油膜厚度随时间轴的变化量,依据动量定理对油膜厚度变化量进行计算得到当地的相对摩擦力信息实现表面摩擦力的可视化测量。本文运用该技术在低速风洞中对平板模型、75°平板三角翼、平板-翼型角区三维模型的表面摩擦力场分布情况进行测量,得到各模型表面的相对摩擦力分布和摩擦力线,并与平板模型Blasius层流解和三角翼模型经典流场结构进行对比。试验结果表明:在低速环境下该测量技术可以应用于模型表面摩擦力的可视化测量,所得摩擦力分布及表面流动情况基本可靠。     

一种机翼积冰气动系数工程估算方法

建立了NACA0012翼型积冰气动数据库,探讨了一种基于多维空间广义体积的积冰气动系数估算方法。结合皮尔逊积矩相关系数分析各积冰参数与气动系数的相关性,通过忽略相关性较小的飞行因素降低模型维度,在保证精度的前提下提高计算效率。最后对多组积冰参数进行算例验证,并与试验结果和经验公式估算结果进行对比,表明该估算方法具有较高的精度和可靠性,可以有效应用于各种积冰参数下气动系数的估算。     

TC11钛合金棒材和锻件的室温设计许用值计算

针对中-长寿命阶段热障涂层寿命预测精度与TGO(热生长氧化层)厚度测量方法分散性大和可执行性差的特点,基于数字图像处理(DIP)技术开发了一款用图形用户界面(GUI)程序,可以批量以及数字化地处理TGO层的形貌特征并且计算其厚度,满足航空发动机涂层结构件,如涡轮叶片热障涂层结构的更高精度和合理化的分析要求。通过和直接测量方法的结果对比表明:所发展的DIP方法避免了直接测量过程中的人为因素引进的分析误差因此更加合理。通过敏感性分析发现,热障涂层寿命对中-长寿命阶段时TGO厚度的变化敏感性极大,因此引进合理的TGO厚度量化技术可以提高该寿命阶段的涂层寿命预测精度,采用DIP技术得到的TGO厚度演化方程中的强化指数稳定在0.3,优于直接测量的数值(0.25~0.35)。     

积冰密度对机翼除冰过程影响的数值研究

针对不同类型的积冰,采用数值方法研究了不同冰密度对于电加热除冰过程中热传导及冰融化过程的影响。选取了典型结冰条件下所生成的两种霜冰及明冰作为分析对象,以标准的三维电加热除冰模型作为数值模拟研究模型,设置温度监测点,取金属蒙皮与冰的交界面作为监测面,在电加热除冰过程中记录监测点及监测面的温度变化情况。通过比较不同密度积冰融化过程中监测点与监测面的温度变化情况,分析积冰密度对冰融化过程的影响。计算结果表明,冰密度对电热除冰过程具有明显的影响,积冰密度降低会提高积冰温度升高的速度,使得积冰初始融化的时刻提前,整个融化过程缩短。     

基于Elman的荧光油膜厚度近效测量

为解决荧光油膜灰度与厚度现标定方法（微小高度装置法）存在采集工况复杂、标定周期较长等缺陷，提出了一种新的近效测量方法，该方法只需极少量标定数据，便可达到与现标定方法相近的效果。近效方法利用了Elman动态神经网络对小样本数据进行量程扩展并引入一维插值算法使扩展后的数据项平滑，对解算出的三维荧光油膜厚度数据采用二维插值算法进行二次平滑以求得完整的厚度分布图。经模拟试验结果显示，通过该近效方法进行厚度测量最终可以清晰、准确、定量地显示荧光油膜厚度分布，与目前广泛使用的微小高度装置法相比效果相近，在荧光油膜汇集处（较厚区域）误差最大不超过±2.5μm，在平滑适中及较薄区域误差不超过±2μm，达到荧光油膜厚度工程测量标准，为飞行器全局摩阻测量提供了一种新标定思路，具有一定的实际工程应用意义。     

双摄像机光笔式三维坐标测量系统研究

基于双目立体视觉传感器三维测量模型和空间坐标变换原理,采用最小二乘冗余算法,讨论了双摄像机测量空间三维点坐标的基本原理,建立了视觉测量系统的非线性测量方程。通过实验验证了双摄像机光笔式三维坐标视觉测量系统建立的可行性。     

一种面向叉耳式翼身对接的视觉测量方法

针对某型叉耳式翼身对接飞机在外场拆卸重装等特殊环境下,激光跟踪仪因现场环境等原因难以放置到满足测量精度要求的位置上进行直接测量的问题,提出一种基于视觉的直接测量方法。并搭建出该测量系统的模型,分析建立视觉测量系统所涉及到的关键技术,同时给出一种基于弧段组合的椭圆检测方法。最终通过模拟叉耳孔对接测量试验验证该方法的可行性。试验结果表明叉耳孔轴线间隙距离测量精度可达0.03mm,轴线角度测量精度达到0.025°,满足实际对接测量要求。     

一种改进的航空发动机高空模拟试验推力测量方法

为满足航空发动机高空模拟试验中推力高精度、快速测量要求,提出一种改进的推力测量方法。建立高空模拟试验推力测量稳态模型和动态模型,对试验振动的影响进行了仿真分析和试验验证,提出了对测量动架振动进行在线补偿的动态推力测量方法。从测量不确定度评估入手,讨论了动态推力测量方法在不确定度方面的局限性,提出了基于数字滤波的稳态推力测量方法。根据两种方法的特点,采用优选算法,在发动机过渡态时输出动态推力测量结果,在发动机稳态时输出稳态推力滤波结果。在发动机高空台试验中的检验结果表明,该方法能实现推力的高精度、快速测量。     

基于三维激光扫描的蒙皮对缝检测研究

针对传统蒙皮对缝检测方法误差大、效率低等问题以及二维激光对缝检测的缺陷,采用了一种基于三维激光扫描蒙皮对缝的检测方法并开发出相应软件。提出了蒙皮对缝三维点云数据的去噪、临界点识别及提取方法,根据蒙皮对缝间隙阶差对气动外形的影响,分析其实际几何结构,与理论结构对比,提炼出了计算蒙皮对缝间隙阶差的数学模型,并通过对试验模拟件对缝的检测,验证了其计算精度。结果表明:该检测方法可行,与二维激光检测相比精度和重复精度更高,间隙测量精度达到0.04mm,阶差测量精度达到0.02mm,可以满足蒙皮对缝检测需求,为分析间隙阶差对装配质量的影响提供数值依据。     

旋转整流罩积冰过程中水膜流动和脱离的数值研究

为了更准确地模拟旋转整流罩积冰过程,在现有三维积冰与冰层表面薄水膜流动耦合模型基础上,基于功平衡分析的方法引入了旋转部件表面水膜脱离模型,并发展了相应的计算方法,给出了水膜脱离的判定依据:当气流曳力做的功和由于离心力使水膜增加的潜能之和大于黏附功时整流罩表面的水膜会发生脱离。对旋转整流罩积冰进行数值模拟,计算结果与实验结果吻合得较好,验证了该模型的合理性和计算方法的可行性。之后分析了转速和来流速度对整流罩表面水膜脱离和积冰的影响,结果表明:转速和来流速度越大,水膜发生脱离的比例越大。在研究范围内,转速为3000r/min和6000r/min时,因水膜脱离导致积冰总量分别减少13.4%和15.8%;来流速度为40、50m/s和60m/s时,因水膜脱离导致积冰总量分别减少为12.2%、13.4%、14.2%。      

直升机旋翼桨叶翼型积冰的数值模拟

本文对直升机旋翼桨叶翼型积冰进行了数值模拟.建立了空气、水滴两相流控制方程,通过求解气体欧拉方程得到空气流场,求解水滴控制方程得到翼型表面的水滴收集率.根据结冰表面的对流换热特性,使用积冰数值模拟的热力学模型确定翼型表面的积冰量,利用冰层时间推进法模拟积冰过程,采用积冰法向生长模型预测积冰形状;对NACA0012翼型在不同环境温度下的积冰进行了预测,最后对预测结果进行了分析.